EP2289081B1 - Leistungstransformator mit stufenschalter - Google Patents

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EP2289081B1
EP2289081B1 EP09757146.7A EP09757146A EP2289081B1 EP 2289081 B1 EP2289081 B1 EP 2289081B1 EP 09757146 A EP09757146 A EP 09757146A EP 2289081 B1 EP2289081 B1 EP 2289081B1
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EP
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tap changer
transformer
oil
load tap
power transformer
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Wolfgang Albrecht
Dieter Dohnal
Rainer Frotscher
Klaus Schlepp
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • 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
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • H01F2027/404—Protective devices specially adapted for fluid filled transformers

Definitions

  • the invention relates to an oil-filled power transformer with a likewise oil-filled tap changer.
  • NL90244C discloses a power transformer, wherein an expansion vessel is connected via a pipe to the interior of the transformer tank. Inside, both the tap changer and the transformer are arranged.
  • strain radiators are known, which are attached to the outer sides of the transformer and which are used at the same time for cooling and recording the thermal expansion of the oil. This eliminates the usually existing, often expansive expansion vessel, which is usually mounted above the transformer cover.
  • strain radiators allow the construction of a closed system in which the transformer oil has no direct contact with the outside air and therefore can not oxidize (-> oil aging, sludge formation).
  • Such hermetically sealed systems also allow the use of flame retardant, renewable raw materials, biodegradable ester oils that must be protected against oxidation.
  • strain radiators have a uniform size, which results as the optimum of cooling surface and variable volume.
  • variable volume poses great challenges to the durability of the material used.
  • the in-transformer tap changer is connected via a pipe with its own Dehnradiator, which serves alone to accommodate the volume expansion of tap changer oil. Due to the very small change in volume of the tap-changer oil in comparison with the transformer oil, the stretching radiator provided for the tap changer is several times oversized.
  • the gas space is filled with nitrogen.
  • About pipes are the Gas chambers directly in connection with nitrogen-filled expansion tanks, the volume of which is dimensioned so that the pressure conditions, which adjust due to the volume expansion of the oil over the entire operating temperature range in a predetermined allowable range remain (eg between 0 bar and 0.5 50 kPa (bar) overpressure).
  • the large nitrogen containers which increase the outside dimensions of the transformer by approx. 20%.
  • the nitrogen pad is located directly under the transformer or step switch cover, so that can be dispensed with any expansion vessels.
  • solutions with separate expansion tanks for transformer and tap changer are known in which there is a rubber bag or a rubber membrane in the interior of the expansion vessel, with which an air discharge of the oil is achieved.
  • the interior of the rubber bag or the surface of the rubber membrane facing away from the oil is in communication with the ambient air via a drying template.
  • the disadvantage here is the limited life of the rubber bag or the rubber membrane, since by aging the rubber after 10-15 years is porous and thus permeable to oxygen.
  • the object of the invention is to provide a simple solution, with a low structural complexity, a compensation of the thermal expansion of both the oil in the transformer tank and the separate tap changer oil is possible.
  • the existing at the tap changer head flange which is provided according to the prior art for connection to a separate expansion vessel only for the tap changer, is now connected by means of a pipe to the oil tank of the transformer.
  • the flange on the transformer to connect an expansion vessel - and only this - is actually connected to the single expansion vessel via another pipeline.
  • the only expansion vessel now cascades both the oil volume changes of the tap changer oil tank and the transformer oil tank.
  • both flanges of both the tap changer and the transformer are connected to each other via a pipe, and this pipe is connected via another pipe connection in turn with the single expansion tank in connection.
  • An oil flow relay is located in the pipe joint leading away from the tap changer flange, which triggers the circuit breaker of the transformer when a certain oil flow limit is exceeded. In this way, oil flows above a tap changer-specific limit value, which characterize a possible malfunction of the tap changer, can be reliably detected.
  • the tap changer 2 has a selector 2.1 arranged at the bottom, which is connected via electrical connecting lines to the winding taps of the power transformer 1, as well as a diverter switch 2.2 arranged above it with its own oil-filled diverter switch vessel.
  • the entire assembly is located in an oil-filled transformer tank 3.
  • the tap changer 2 has an upper flange 4, the transformer tank 3 quite analogous to an upper flange 5.
  • the two flanges 4, 5 are known in the art with separate ⁇ lausdehnungsgefä call, Dehnradiatoren or other means connected to the volume compensation.
  • the flange 4 of the tap changer is provided with a pipe 6, which opens into the oil-filled transformer tank 3.
  • an oil flow relay 7 is inserted.
  • Only the flange 5 of the transformer tank 3 leads via a further pipeline to a single oil expansion vessel 8.
  • the hermetic seal of the oil by means of a rubber bag 11, the interior of which is in communication with the ambient air.
  • Figure lb shows a modified embodiment. Identical components are provided with the same reference numerals; on a repeated explanation of the overall structure can therefore be omitted.
  • the flange 4 of the tap changer 2 and the flange 5 of the transformer tank 3 are connected by means of a common pipe 9.
  • an oil flow relay 7 is connected.
  • This common, both flanges 4, 5 connecting, pipe 9 in turn is in turn with the single oil conservator 8 in connection.
  • a pressure relief valve 10 as available for example under the trade name MPreC® provide. Its mode of action has already been explained above.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen ölgefüllten Leistungstransformator mit einem ebenfalls ölgefüllten Stufenschalter.
  • Sowohl bei ölgefüllten Leistungstransformatoren als auch bei ölgefüllten Stufenschaltern ist es erforderlich, Mittel zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung des Öles vorzusehen.
  • Üblicherweise werden dazu Ölausdehnungsgefäße verwendet, die über eine Rohrleitung mit dem Ölgefäß des Transformators bzw. dem Ölgefäß des Stufenschalters in Verbindung stehen. NL90244C offenbart einen Leistungstransformator, wobei ein Ausdehnungsgefäß über eine Rohrleitung mit dem Inneren des Transformatorkessels verbunden ist. Im Inneren sind sowohl der Stufenschalter als auch der Transformator angeordnet sind.
  • Weiterhin sind sogenannte "Dehnradiatoren" bekannt, die an den Außenseiten des Transformators angebracht sind und die gleichzeitig zur Kühlung und Aufnahme der Wärmeausdehnung des Öles verwendet werden. Damit entfällt das üblicherweise vorhandene, oft ausladende Ausdehnungsgefäß, welches üblicherweise oberhalb des Transformatordeckels angebracht wird. Mit Hilfe dieser Dehnradiatoren lässt sich ein geschlossenes System aufbauen, bei dem das Transformatoröl keinen direkten Kontakt zur Außenluft hat und deshalb nicht oxidieren kann (-> Ölalterung, Schlammbildung) .Derartige hermetisch geschlossene Systeme ermöglichen auch den Einsatz schwer entflammbarer, auf nachwachsenden Rohstoffen basierender, biologisch abbaubarer Ester-Öle, die unbedingt vor Oxidation geschützt werden müssen.
  • Die Dehnradiatoren besitzen eine einheitliche Größe, die sich als Optimum aus kühlender Oberfläche und veränderbarem Volumen ergibt. Hierbei stellt das veränderbare Volumen große Herausforderungen an die Haltbarkeit des verwendeten Materials.
  • Der im Transformator eingebaute Stufenschalter ist über eine Rohrleitung mit einem eigenen Dehnradiator verbunden, der alleine zur Aufnahme der Volumenausdehnung des Stufenschalteröles dient. Aufgrund der im Vergleich zum Trafoöl sehr geringen Volumenänderung des Stufenschalteröles ist der für den Stufenschalter vorgesehene Dehnradiator mehrfach überdimensioniert.
  • Weiterhin ist eine Lösung mit getrennten Ausdehnungsgefäßen für Transformator und Stufenschalter bekannt, deren Gasraum mit Stickstoff gefüllt ist. Über Rohrleitungen stehen die Gasräume direkt mit stickstoffgefüllten Ausgleichsbehältern in Verbindung, deren Volumen so dimensioniert ist, dass die Druckverhältnisse, die sich aufgrund der Volumenausdehnung des Öles einstellen, über den gesamten Betriebstemperaturbereich in einem vorgegebenen, zulässigen Bereich bleiben (z. B. zwischen 0 bar und 0.5 50 kPa (bar) Überdruck). Nachteilig sind hier die großen Stickstoffbehälter, die die Außenabmessungen des Trafos um ca. 20% vergrößern. In einer anderen Ausführungsform befindet sich das Stickstoffpolster direkt unter dem Transformator- bzw. Stufenschalterdeckel, so dass auf jegliche Ausdehnungsgefäße verzichtet werden kann. Aufgrund des deutlich kleineren Gasvolumens muss hier eine aktive Druckregelung mit Hilfe einer Druckregeleinheit erfolgen, mit der automatisch sowohl ein unzulässig hoher Überdruck über ein Ventil an die Umgebungsluft abgelassen, als auch ein Unterdruck durch Einblasen zusätzlichen Stickstoffs aus einer Druckgasflasche ausgeglichen werden kann. Der Transformator benötigt spezielle Hochspannungs-Durchführungen, mit der die Isolierstrecke im Gasraum sicher überbrückt werden kann. Da der Stufenschalter einen vom Transformator getrennten Gasraum besitzt, ist für den Stufenschalter eine eigene Stickstoff Regeleinheit vorzusehen. Nachteilig bei dieser Lösung ist der erhebliche technische Zusatzaufwand für die Stickstoff-Regeleinheiten.
  • Weiterhin sind Lösungen mit getrennten Ausdehnungsgefäßen für Transformator und Stufenschalter bekannt, bei denen sich im Innenraum des Ausdehnungsgefäßes ein Gummisack oder eine Gummimembran befindet, mit denen ein Luftabschuss des Öles erreicht wird. Das Innere des Gummisacks bzw. die dem Öl abgewandte Oberfläche der Gummimembran steht über eine Trocknungsvorlage mit der Umgebungsluft in Verbindung. Nachteilig ist hier die begrenzte Lebensdauer des Gummisacks bzw. der Gummimembran, da durch Alterungsprozesse das Gummi nach 10-15 Jahren porös und damit durchlässig für Sauerstoff wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Lösung anzugeben, mit der bei geringem baulichen Aufwand ein Ausgleich der thermischen Ausdehnung sowohl des Öles im Transformatorkessel als auch des separaten Stufenschalteröles möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Leistungstransformator mit Stufenschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung
  • Die allgemeine erfinderische Idee, die den beiden Möglichkeiten in den nebengeordneten Patentansprüchen zugrunde liegt, besteht darin, mit einem einzigen Ausdehnungsgefäß sowohl für Transformator als auch Stufenschalter auszukommen.
  • Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dabei der am Stufenschalterkopf vorhandene Flansch, der nach dem Stand der Technik für die Verbindung mit einem separaten Ausdehnungsgefäß nur für den Stufenschalter vorgesehen ist, jetzt mittels einer Rohrleitung mit dem Öltank des Transformators verbunden. Der Flansch am Transformator zum Anschluss eines Ausdehnungsgefäßes - und nur dieser - wird tatsächlich mit dem einzigen Ausdehnungsgefäß über eine weitere Rohrleitung verbunden. Das jetzt einzige Ausdehnungsgefäß nimmt also kaskadierend sowohl die Ölvolumenänderungen des Stufenschalter-Ölgefäßes als auch des Trafo-Ölgefäßes auf.
  • Gemäß einer weiteren nicht beanspruchten Ausführungsform, der der gleiche allgemeine Gedanke zugrunde liegt, sind beide Flansche sowohl des Stufenschalters als auch des Transformators miteinander über eine Rohrleitung verbunden, und diese Rohrleitung steht über eine weitere Rohrverbindung wiederum mit dem einzigen Ausdehnungsgefäß in Verbindung.
  • In der vom Flansch des Stufenschalters wegführenden Rohrverbindung ist ein Ölströmungsrelais angeordnet, das bei Überschreitung eines bestimmten Ölströmungs-Grenzwertes den Leistungsschalter des Transformators auslösen. Auf diese Weise können Ölströmungen oberhalb eines stufenschalterspezifischen Grenzwertes, die eine mögliche Fehlfunktion des Stufenschalters kennzeichnen, sicher detektiert werden.
  • Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung ist es sinnvoll, auf den Stufenschalterkopf ein an sich bekanntes Druckentlastungsventil anzuordnen, das bei Überschreitung eines fest voreingestellten Überdruckes, z. B. 137.9 kPa (20 psi) nahezu verzögerungsfrei öffnet und den Überdruck auf den maximal zulässigen Wert begrenzt. Damit werden größere mechanische Schäden am Stufenschalter sowie am Transformator verhindert.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Abbildung 1a
    eine erste Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 1
    Abbildung 1b
    eine zweite nicht beanspruchte Ausführungsform
  • Zunächst soll die Abbildung 1a erläutert werden. Dort sind in schematischer Darstellung ein elektrischer Leistungstransformator 1 und ein mit ihm in Verbindung stehender Stufenschalter 2 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Stufenschalter 2 einen unten angeordneten Wähler 2.1, der über elektrische Verbindungsleitungen mit den Wicklungsanzapfungen des Leistungstransfonnators 1 verbunden ist, sowie einem darüber angeordneten Lastumschalter 2.2 mit einem eigenen ölgefüllten Lastumschaltergefäß. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem ölgefüllten Transformatorkessel 3. Der Stufenschalter 2 besitzt einen oberen Flansch 4, der Transformatorkessel 3 ganz analog einen oberen Flansch 5. Die beiden Flansche 4, 5 werden nach dem Stand der Technik mit separaten Ölausdehnungsgefäßen, Dehnradiatoren oder anderen Mitteln zum Volumenausgleich verbunden. Erfindungsgemäß ist hier der Flansch 4 des Stufenschalters mit einer Rohrleitung 6 versehen, die in den ölgefüllten Transformatorkessel 3 mündet. In dieser Rohrleitung 6 ist ein Ölströmungsrelais 7 eingefügt. Nur der Flansch 5 des Transformatorkessels 3 führt über eine weitere Rohrleitung zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß 8. Beispielsweise erfolgt der hermetische Abschluss des Öls mittels eines Gummisacks 11, dessen Inneres mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.
  • Abbildung lb zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; auf eine nochmalige Erläuterung des Gesamtaufbaus kann daher verzichtet werden. Abweichend sind bei dieser Ausführungsform der Flansch 4 des Stufenschalters 2 sowie der Flansch 5 des Transformatorkessels 3 mittels einer gemeinsamen Rohrleitung 9 verbunden. In diese Rohrleitung 9 ist wiederum ein Ölströmungsrelais 7 geschaltet. Diese gemeinsame, beide Flansche 4, 5 verbindende, Rohrleitung 9 steht ihrerseits wiederum mit dem einzigen Ölausdehnungsgefäß 8 in Verbindung.
  • Es ist sinnvoll, oberhalb des Stufenschalterkopfes, d. h. außerhalb des Transformatorenkessels 3, ein Druckentlastungsventil 10, wie es beispielsweise unter der Handelsbezeichnung MPreC® erhältlich ist, vorzusehen. Dessen Wirkungsweise wurde weiter oben bereits erläutert.

Claims (2)

  1. Leistungstransformator mit Stufenschalter,
    wobei sowohl Leistungstransformator als auch Stufenschalter ölgefüllt sind,
    wobei der Stufenschalter im Transformatorkessel des Transformators angeordnet ist, wobei sowohl Transformator als auch Stufenschalter an ihren oberen Seiten jeweils einen Anschlussflansch zum Anschluss an ein Ölausdehnungsgefäß besitzen und wobei der Anschlussflansch des Stufenschalters über eine Rohrleitung in das Innere des Transformatorkessels des Leistungstransformators führt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das ins Innere des Transformatorkessels (3) führende Ende der Rohrleitung (6) offen ist, derart, dass die Ölvolumen von Stufenschalter (2) und Leistungstransformator (1) miteinander in Verbindung stehen,
    dass in dieser Rohrleitung (6) ein Ölströmungsrelais (7) angeordnet ist und dass lediglich der Anschlussflansch (5) des Transformatorkessels (3) zu einem einzigen Ölausdehnungsgefäß (8) führt.
  2. Leistungstransformator mit Stufenschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass oberhalb des Stufenschalterkopfes des Stufenschalters (2) ein Druckentlastungsventil (10) angeordnet ist, das mit dem Ölvolumen des Stufenschalters (2) in Verbindung steht.
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