EP2290663B1 - Öltransformator - Google Patents

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EP2290663B1
EP2290663B1 EP09011109.7A EP09011109A EP2290663B1 EP 2290663 B1 EP2290663 B1 EP 2290663B1 EP 09011109 A EP09011109 A EP 09011109A EP 2290663 B1 EP2290663 B1 EP 2290663B1
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EP
European Patent Office
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oil
transformer
hollow space
opening
gas
Prior art date
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Active
Application number
EP09011109.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2290663A1 (de
Inventor
Peter Dr.-Ing. Werle
Matthias Steiger
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
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Priority to PCT/EP2010/004905 priority patent/WO2011023295A1/de
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an oil transformer with transformer tank, wherein at least one oil conservator is connected to the transformer tank via at least one flow channel, wherein at least one enclosed along the flow channel and / or the oil conservator arranged and connected thereto each cavity for the collection of from within the transformer tank and / or the oil expansion vessel released and / or generated gas is provided, wherein the cavity has a closable opening for discharging gas in its upper region.
  • transformers for power distribution networks for example, with a rated power of 10 MVA to several 100 MVA and, for example, with a nominal voltage of 10 kV to> 400 kV, depending on the embodiment in an oil-filled associated transformer tank are arranged.
  • transformers in the upper range of the specified rated power band are designed as oil transformers, wherein transformers below the specified rated power band are often designed as dry-type transformers.
  • the oil serves, inter alia, as an electrical insulation medium but also as a cooling medium for dissipating heat generated during the transformer operation loss heat.
  • the transformer oil increases or decreases in this case depending on the operating oil temperature its volume, so that usually an oil expansion vessel is provided by which such volume fluctuations are compensated.
  • the ⁇ lausdehnungsgefäß is usually located above the transformer tank and connected via a connecting channel with its inner hollow portion. While older embodiments of oil balancing vessels were open at the top, they are now increasingly designed to be closed at the top, in each of which an air-filled membrane is arranged in the interior. Depending on the state of expansion of the oil in the transformer, the membrane is more or less compressed, so that the interior of the transformer tank, the oil balance vessel and the connecting channel connecting them form a closed cavity system, which for example also has an advantageous effect on a reduced risk of contamination of the oil.
  • a cavity for collecting gas is usually provided at the topmost point, from which the collected gases, if necessary, via a suitable closure means can be drained to the outside.
  • an analysis of oil samples usually requires the use of a carrier gas - for example argon - which is then at least partially dissolved in the oil sample during the analysis.
  • a carrier gas - for example argon - which is then at least partially dissolved in the oil sample during the analysis.
  • the outgassing of the carrier gas from the oil sample is a longer process, which can take several days, wherein an occurrence of a gas such as argon within the transformer tank is to be avoided in any case.
  • an oil transformer of the aforementioned type This is characterized in that in addition to the at least one flow channel further means are provided to introduce a liquid into the enclosed cavity.
  • the cavity for collecting gas is usually at the highest point, but at least in the upper region of the formed from transformer tank and oil conservator Cavity provided and thus fluidly separated from the transformer tank at least by a flow channel.
  • the returned oil in the cavity so can not get directly into the transformer tank, so that there is usually a sufficient period of time for degassing.
  • this cavity already has a closable opening for discharging gas in its upper region, the gas escaping from the returned oil sample can also be removed from the cavity system without additional effort.
  • the means for introducing a liquid or an oil sample into the cavity include, if necessary, a device for increasing the pressure, such as a pump or a manual dosing, so as to be able to ensure the return also contrary to the prevailing in the inner cavity system pressure.
  • a device for increasing the pressure such as a pump or a manual dosing
  • the return takes place via a closable introduction into the cavity, which can be opened and closed, for example, by a tap or a valve.
  • the means for introducing are provided to initiate the liquid through the already provided for the discharge of gas opening in the at least one cavity.
  • the return of the oil sample is rather by the already existing for the discharge of gas opening, which is formed for example as a pipe.
  • a branch point is to be provided, for example, a T-piece, which then lead to a channel for oil return and a channel for discharging gas.
  • the oil expansion vessel is closed at the top and a compressible membrane is arranged inside the oil expansion vessel, wherein an opening is provided in the upper region of the oil expansion vessel, which opens into a cavity for collecting gas.
  • a compressible membrane is arranged inside the oil expansion vessel, wherein an opening is provided in the upper region of the oil expansion vessel, which opens into a cavity for collecting gas.
  • the at least one cavity for collecting gas is formed by a Buchholz protection relay.
  • a Buchholz protective relay is a common protection device in oil-cooled transformers which is usually located in the flow channel to the oil conservator. Insulation failure or severe overload of a transformer lead early to a local overheating in the transformer, which causes gas to develop in the oil room of the transformer. The gas bubbles collect in the upper part of the housing of the Buchholz protection relay and displace the oil. In the case of small errors, this causes a float to be pushed down when a sufficient amount of gas has accumulated and a contact closes, which signals an error. For significant and immediate errors such as a sudden overpressure, which causes a strong flow of oil. As a result, a switch is closed with the help of a Stauschiebers, which switches off the transformer immediately and thus protects against further damage. Buchholz protection relays usually have a closable opening for the automatic discharge of collected gas.
  • a Buchholz protective relay thus has essential components required according to the invention, namely a connection possibility to the inner cavity system with transformer tank and oil conservator, a cavity for collecting gas and a discharge device for collected gas. It is therefore particularly advantageous for use in an oil transformer according to the invention, with only appropriate modifications to the closable opening are necessary.
  • a Buchholz protective relay is mounted in the flow channel between transformer tank and oil conservator and / or but also to the closable opening of a closed-top oil conservator. It is both an arrangement of a single Buchholz protection relay on an oil transformer and the arrangement of several conceivable, in the latter case, only a single of the several Buchholz Protection relay must be provided for the inventive repatriation of oil samples.
  • the opening provided for the discharge of gas is provided with a three-way cock with at least two external terminals, wherein the third terminal is connected to the cavity for collecting gas.
  • a three-way cock is a device to connect a pipe-like port or an opening optionally with one of two further tube-like connections. Due to the simple construction and its robustness, a three-way cock is particularly suitable for selectively connecting the opening from the cavity for collecting air with a supply or discharge opening.
  • the opening for discharging gas can be closed by a valve means.
  • a valve means for example, both a rotatable faucet-like closure and a for example, magnetic or pneumatically controlled shut-off valve to understand.
  • a controlled shut-off valve simplifies an automation process.
  • At least one closable opening for removing oil is provided on the transformer tank.
  • Such an opening is provided for example with a lockable cock or other closure means.
  • a removal of oil samples from the area of the transformer tank is guaranteed.
  • a plurality of such removal points are provided so as to ensure a representative extraction of oil samples even in non-homogeneous oil distribution within the transformer tank.
  • the oil sample to be returned is taken from the transformer tank and analyzed at its beginning.
  • Fig. 1 shows an exemplary oil transformer in a first embodiment 10, which has both an actual electric transformer 11, so a transformer core with winding, and a transformer tank 12.
  • the transformer tank 12 is completely filled with an oil filling 13 -shadowed.
  • the oil filling 13 serves both as an isolation medium and as a cooling medium.
  • the transformer 11 is supported on several stand blocks 36, which remove its weight on the base 34.
  • the oil filling 13 of the oil transformer 10 which has, for example, an expected life of 40 years, has been in the transformer tank 12 for a long time, for example a few years. It therefore also has traces or entries of gassing processes within the transformer 11. Typically, multiple insulators are used within the transformer winding. If, in the case of a local fault - for example, in a local failure of an insulating layer between two adjacent winding conductors - a strong warming occurs, so guest from the affected insulation material, with entries of such degassing are then included in the transformer oil 13.
  • a flow channel 16a is branched off, which opens into a first above the transformer tank 12 arranged first Buchholz protection relay 26a.
  • This first Buchholz protective relay 26a has a first enclosed cavity 18a, the upper region of which is provided for collecting gases possibly arising or emerging in the transformer oil 13, the lower region also being filled with transformer oil 13.
  • a first opening 20a is provided, which is provided according to the actual purpose of a Buchholz protection relay only for discharging the collected gases.
  • the opening 20a is closable with a second valve means 25b. Further Details of the Buchholz protective relay, such as a float, are not shown in the drawing, but are nevertheless believed to be present.
  • a first valve means 25a which is preferably only to be opened alternately to the second valve means 25b. If an oil sample is now returned to the oil transformer 10 after the oil analysis, the second valve means 25b must first be closed and then the first valve means 25a opened. In the case of a three-way stopcock, the opening and closing would occur synchronously by the rotation of a stopcock element, with the three-way stopcock then combining both the first 25a and the second 25b valve means.
  • the return oil to be completely filled for example in the oil funnel 24 and subsequently with the pump 22 in the first enclosed cavity 18 a of first Buchholz protective relay 26a to pump.
  • a pump 24 is advantageous in this case to pump in the oil against the pressure prevailing in the first inner cavity 18a overpressure. But it is also quite a syringe-like manually operated cylinder piston device conceivable to build a required back pressure.
  • the recirculated oil contained in the first inner cavity 18a now predominantly - depending on the usually sluggish operational volume fluctuations of the transformer oil 13 - silent and guest over a longer period of time, without the liberated in the course of time gases, such as argon, directly into the Transformer boiler 12 with oil filling 13 arrive. Rather, the released gases are in the upper region of the first cavity 18 a of the first Buchholz protection relay 26a collected over a period of time and when exceeding a certain amount of collected gas automatically - according to the function of a Buchholz protective relay - via the first opening 20a and the second valve means 25b in the direction of the arrow 40.
  • the oil expansion vessel 14 is closed in its upper region with a closure 28. Apart from the closable openings 20a, 20b, the transformer tank 12, the flow channels 16a, 16b, 16c and the oil conservator 14 form a connected and closed cavity system. To compensate for the operating temperature-related volume fluctuations of the oil volume, a compressible membrane 30 is provided in the interior of the oil expansion vessel 14, which is filled with air, for example. Depending on the volume to be leveled, this membrane 30 is compressed more or less.
  • an opening 44 is provided, which opens via a third flow channel 16c in a second Buchholz protection relay 26b.
  • a Buchholz protective relay serves primarily to monitor the compressible membrane 30, wherein bursting of this membrane leads to an immediate release of the amount of air contained therein. In such a case, this amount of air passes via the opening 44 and the third flow channel 16c connected thereto into the second inner cavity 18b of the further Buchholz protective relay 26 and, due to the sudden rise, leads to an error triggering there.
  • the second Buchholz protective relay is provided in its upper region with a second opening 20b, which is closable with a second valve means 25b and via which, if necessary, in the direction of the arrow 40 in the cavity 18b collected gas can be discharged.
  • Fig. 2 shows an exemplary oil transformer in the second embodiment 50.
  • the second embodiment 50 substantially corresponds to the first embodiment 10, wherein the same reference numerals have been used for identical components.
  • means namely a first valve means 25a, a pump 22, and an oil funnel 24 are now provided to allow oil return into the second enclosed cavity 18b of the second Buchholz protection relay 26b.
  • Their operation is analogous to the means described in the first embodiment for the return of oil into the first enclosed cavity 18a of the first Buchholz protective relay 26a. However, these are no longer shown in the second embodiment 50.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Öltransformator mit Transformatorkessel, wobei wenigstens ein Ölausdehnungsgefäß mit dem Transformatorkessel über wenigstens einen Strömungskanal verbunden ist, wobei wenigstens ein umschlossener längs des Strömungskanals und/oder am Ölausdehnungsgefäß angeordneter und mit diesem jeweils verbundener Hohlraum für die Sammlung von innerhalb des Transformatorkessels und/oder des Ölausdehnungsgefäßes freiwerdenden und/oder entstehenden Gases vorgesehen ist, wobei der Hohlraum in seinem oberen Bereich eine verschließbare Öffnung zum Ablassen von Gas aufweist.
  • Es ist allgemein bekannt, dass elektrische Transformatoren für Energieverteilungsnetze, beispielsweise mit einer Nennleistung von 10 MVA bis mehrere 100 MVA und beispielsweise mit einer Nennspannung von 10 kV bis >400 kV, je nach Ausführungsform in einem mit Öl gefüllten zugehörigen Transformatorkessel angeordnet sind. Insbesondere Transformatoren im oberen Bereich des angegebenen Nennleistungsbandes sind als Öltransformatoren ausgeführt, wobei Transformatoren unterhalb des angegebenen Nennleistungsbandes häufig auch als Trockentransformatoren ausgeführt sind. Das Öl dient unter anderem als elektrisches Isolationsmedium aber auch als Kühlmedium zum Abführen von während des Transformatorbetriebes entstehender Verlustwärme.
  • Das Transformatoröl vergrößert oder verkleinert hierbei in Abhängigkeit der betriebsbedingten Öltemperatur sein Volumen, so dass üblicherweise ein Ölausdehnungsgefäß vorgesehen ist, durch welches derartige Volumenschwankungen ausgeglichen werden. Das Ölausdehnungsgefäß ist üblicherweise oberhalb des Transformatorkessels angeordnet und über einen Verbindungskanal mit dessen innerem Hohlbereich verbunden. Während ältere Ausführungsformen von Ölausgleichsgefäßen oben offen waren, sind diese nunmehr zunehmend oben geschlossen ausgeführt, wobei in deren Inneren jeweils eine mit Luft gefüllte Membran angeordnet ist. Je nach Ausdehnungszustand des im Transformator befindlichen Öls wird die Membran mehr oder weniger komprimiert, so dass das Innere des Transformatorkessels, des Ölausgleichsgefäßes und des diese verbindenden Verbindungskanals ein geschlossenes Hohlraumsystem bilden, was sich beispielsweise auch vorteilhaft auf ein reduziertes Verschmutzungsrisiko des Öls auswirkt.
  • Um während des Transformatorbetriebes gegebenenfalls im Öl entstehende Gase-beispielsweise aufgrund von Lichtbögen wegen einer fehlerhaften Isolationsstelle - aus diesem geschlossenem Hohlraumsystem ausleiten zu können ist zumeist an der obersten Stelle ein Hohlraum zum Sammeln von Gas vorgesehen, aus welchem die gesammelten Gase bedarfsweise über ein geeignetes Verschlussmittel nach außen abgelassen werden können.
  • So ist aus dem Dokument US 3344380 ein Regeltransformator mit im Transformatorkessel versenktem Stufenschalter bekannt, in dessen vom Lastschalterbehälter zu einem Dehngefäß führenden Ölleitung ein der Abfuhr aufsteigender Schaltgase dienendes Entlüftungsventil eingefügt ist. Es ist ein gemeinsamer Dehnungsraum für das Kesselöl und das Lastschalteröl, dessen Ölspiegel über ein inertes Gaspolster oder durch eine elastische Membran gegen die Außenluft abgeschlossen ist, vorgesehen.
  • Es ist auch bekannt, dass bei Öltransformatoren zur frühzeitigen Erkennung von Fehlern innerhalb des Transformators, beispielsweise einer fehlerhaften Isolation, regelmäßig Ölproben abgezapft werden, welche dann einer Auswertung - beispielsweise in einem Chromatographen - zugeführt werden. Das Transformatoröl enthält nämlich eine Vielzahl von Indikationsfaktoren, welche Aufschluss über den Zustand des Transformators geben. Bei einer fehlerhaften Isolation zwischen zwei benachbarten Windungslagen kann es beispielsweise zu Lichtbogenerscheinungen - auch mit Gasbildung - kommen, welche ihrerseits zu Einträgen in das Transformatoröl führen, was dem Fachmann jedoch bekannt ist.
  • Üblicherweise wird ein größerer Teil der abgezapften Ölproben nach der Analyse dem Öltransformator wieder zugeführt um so einem Schwund bzw. Verbrauch des Öls entgegenzuwirken. Dies geschieht seither durch Zuführen der analysierten Öl-probe in das nach oben offene Ölausgleichsgefäß. Dies hat auch den Vorteil, dass der Ölprobe über einen längeren Zeitraum Gase entweichen können, welche während deren Analyse in dieser gelöst wurden. Diese Gase gelangen auf diese Weise nicht in das Innere des Transformatorkessels, sondern eine Entgasung findet vielmehr im nach oben offenen Ölausdehnungsgefäß statt.
  • Eine Analyse von Ölproben, beispielsweise in einem Chromatographen bzw. in einem Gaschromatographen, erfordert nämlich zumeist die Verwendung eines Träger-gases - zum Beispiel Argon -, welches dann zumindest teilweise während der Analyse in der Ölprobe gelöst wird. Das Ausgasen des Trägergases aus der Ölprobe ist ein längerer Prozess, welcher mehrere Tage in Anspruch nehmen kann, wobei ein Auftreten eines Gases wie beispielsweise Argon innerhalb des Transformatorkessels in jedem Fall zu vermeiden ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Transformator mit Rückführungsmöglichkeit von Ölproben bereitzustellen. Es ist fernerhin auch Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Rückführung von Ölproben anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Öltransformator der eingangs genannten Art. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass neben dem wenigstens einen Strömungskanal weitere Mittel vorgesehen sind, eine Flüssigkeit in den umschlossenen Hohlraum einzuleiten.
  • Durch die Einleitung einer Flüssigkeit, insbesondere einer Ölprobe, in den Hohlraum, welcher zur Sammlung von während des Betriebes entstehenden Gases vorgesehen ist, ist gewährleistet, dass das der Ölprobe im Laufe der Zeit entweichende Gas, insbesondere auch das Trägergas, welches bei der Analyse der Ölprobe in diese eingetragen wurde, über einen längeren Zeitraum, beispielsweise mehrere Stunden bis mehrere Tage, entweichen kann, ohne in überwiegendem Maße direkt in den Transformatorkessel selbst zu gelangen.
  • Der Hohlraum zum Sammeln von Gas ist zumeist an der höchsten Stelle, zumindest aber im oberen Bereich des aus Transformatorkessel und Ölausdehnungsgefäß gebildeten Hohlraumsystems vorgesehen und damit strömungstechnisch von dem Transformatorkessel zumindest durch einen Strömungskanal getrennt. Das in den Hohlraum zurückgeführte Öl kann also nicht unmittelbar in den Transformatorkessel gelangen, so dass in der Regel eine genügende Zeitspanne zur Entgasung vorhanden ist.
  • Da dieser Hohlraum ohnehin in seinem oberen Bereich eine verschließbare Öffnung zum Ablassen von Gas aufweist, ist auch das der rückgeführten Ölprobe entweichende Gas ohne zusätzlichen Aufwand aus dem Hohlraumsystem entfernbar.
  • Die Mittel zur Einleitung einer Flüssigkeit bzw. einer Ölprobe in den Hohlraum umfassen bedarfsweise auch eine Vorrichtung zur Druckerhöhung, beispielsweise eine Pumpe oder auch einen manuellen Dosierzylinder, um so die Rückführung auch entgegen den gegebenenfalls im inneren Hohlraumsystem herrschenden Überdruck gewährleisten zu können. In vorteilhafter Weise erfolgt die Rückführung über eine verschließbare Einleitung in den Hohlraum, welche beispielsweise durch einen Hahn oder ein Ventil öffen- und schließbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Öltransformators sind die Mittel zur Einleitung dafür vorgesehen, die Flüssigkeit durch die für das Ablassen von Gas bereits vorgesehene Öffnung in den wenigstens einen Hohlraum einzuleiten. Auf diese Weise ist keine weitere Öffnung durch die Wandung des Hohlraums notwendig, die Rückführung der Ölprobe erfolgt vielmehr durch die ohnehin zum Ablassen von Gas vorhandene Öffnung, welche beispielsweise als Rohr ausgebildet ist. Im weiteren Verlauf des Rohres ist dann eine Abzweigstelle vorzusehen, beispielsweise ein T-Stück, an welches dann ein Kanal zur Ölrückführung und ein Kanal zum Ablassen von Gas münden.
  • In einer besonders bevorzugten Variante des Öltransformators ist das Ölausdehnungsgefäß oben verschlossen und es ist innerhalb des Ölausdehnungsgefäßes eine kompressible Membran angeordnet, wobei im oberen Bereich des Ölausdehnungsgefäßes eine Öffnung vorgesehen ist, welche in einen Hohlraum zum Sammeln von Gas mündet. In einer solchen Anordnung wirken sich die Vorteile der Erfindung besonders aus, weil es sich hierbei um ein geschlossenes Hohlraumsystem für Öl handelt, welches keine einfache Rückführung des Öls in ein oben offenes Ölausdehnungsgefäß ermöglicht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Öltransformators ist der wenigstens eine Hohlraum zum Sammeln von Gas durch ein Buchholz- Schutzrelais gebildet.
  • Ein Buchholz Schutzrelais ist bei ölgekühlten Transformatoren eine übliche Schutzvorrichtung welche sich üblicherweise in dem Strömungskanal zum Ölausdehnungsgefäß befindet. Isolationsfehler oder starke Überlast eines Transformators führen schon frühzeitig zu einer örtlichen Überhitzung im Transformator, die eine Gasentwicklung im Ölraum des Transformators verursacht. Die Gasblasen sammeln sich im oberen Teil des Gehäuses des Buchholz Schutzrelais und verdrängen das Öl. Bei kleinen Fehlern wird dadurch bei einer genügend großen angesammelten Gasmenge ein Schwimmer nach unten gedrückt und ein Kontakt geschlossen, der einen Fehler meldet. Bei erheblichen und sofort eintretenden Fehlern wie entsteht ein plötzlicher Überdruck, der eine starke Ölströmung hervorruft. Dadurch wird mit Hilfe eines Stauschiebers ein Schalter geschlossen, der den Transformator sofort abschaltet und so vor weiteren Schädigungen schützt. Buchholz Schutzrelais verfügen üblicherweise über eine verschließbare Öffnung zum automatischem Ablassen von gesammeltem Gas.
  • Ein Buchholz Schutzrelais verfügt somit über wesentliche erfindungsgemäß benötigte Komponenten, nämlich einer Anschlussmöglichkeit an das innere Hohlraumsystem mit Transformatorkessel und Ölausdehnungsgefäß, einen Hohlraum zum Sammeln von Gas und einer Ablassvorrichtung für gesammeltes Gas. Es ist daher besonders vorteilhaft für eine Verwendung in einem erfindungsgemäßen Öltransformator geeignet, wobei lediglich entsprechende Modifikationen an der verschließbaren Öffnung notwendig sind. In bevorzugter Weise wird ein derartiges Buchholz Schutzrelais in den Strömungskanal zwischen Transformatorkessel und Ölausdehnungsgefäß und/oder aber auch an die verschließbare Öffnung eines oben geschlossenen Ölausdehnungsgefäßes angebracht. Es ist sowohl eine Anordnung eines einzigen Buchholz Schutzrelais an einem Öltransformator als auch die Anordnung von mehreren denkbar, wobei in letzterem Fall lediglich ein einziges der mehreren Buchholz Schutzrelais für die erfindungsgemäße Rückführung von Ölproben vorgesehen sein muss.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Öltransformators ist die für das Ablassen von Gas vorgesehene Öffnung mit einem Dreiwegehahn mit wenigstens zwei externen Anschlüssen versehen, wobei der dritte Anschluss mit dem Hohlraum zum Sammeln von Gas verbunden ist. Ein Dreiwegehahn ist eine Vorrichtung um einen rohrähnlichen Anschluss bzw. eine Öffnung wahlweise mit je einem von zwei weiteren rohrähnlichen Anschlüssen zu verbinden. Aufgrund des einfachen Aufbaus und seiner Robustheit ist ein Dreiwegehahn besonders geeignet, die Öffnung vom Hohlraum zum Sammeln von Luft wahlweise mit einer Zuführ- bzw. Ablassöffnung zu verbinden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung zum Ablassen von Gas durch ein Ventilmittel verschließbar. Unter einem derartigen Ventilmittel ist beispielsweise sowohl ein drehbarer Wasserhahn- ähnlicher Verschluss als auch ein beispielsweise magnetisch oder pneumatisch gesteuertes Absperrventil zu verstehen. Insbesondere ein gesteuertes Absperrventil vereinfacht einen Automatisierungsvorgang.
  • In einer Variante der Erfindung ist an dem Transformatorkessel wenigstens eine verschließbare Öffnung zur Entnahme von Öl vorgesehen. Eine derartige Öffnung ist beispielsweise mit einem absperrbaren Hahn oder einem anderen Verschlussmittel versehen. Somit ist eine Entnahme von Ölproben aus dem Bereich des Transformatorkessels gewährleistet. Vorzugsweise sind mehrere derartiger Entnahmestellen vorzusehen um so auch bei nicht-homogener Ölverteilung innerhalb des Transformatorkessels eine repräsentative Entnahme von Ölproben zu gewährleisten.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Rückführung einer Ölprobe in einen erfindungsgemäßen Öltransformator mit folgenden Schritten:
    • Unterbrechen eines durch eine verschließbare Öffnung aus einem Hohlraum zum Sammeln von Gas führenden Luftablasskanals, wobei der Hohlraum seinerseits direkt oder indirekt über einen Verbindungskanal in den Transformatorkessel mündet
    • Herstellen eines Verbindungskanals zwischen dem Hohlraum und einer Zuführstelle
    • Einführen der Ölprobe in die Zuführstelle und Rückführen des Öls in den Hohlraum durch den zuvor hergestellten Verbindungskanal
    • Unterbrechen des zuvor hergestellten Verbindungskanals zwischen dem Hohlraum und der Zuführstelle
    • Wiederherstellen des durch eine verschließbare Öffnung aus einem Hohlraum zum Sammeln von Gas führenden Luftablasskanals
  • Die erzielbaren Vorteile entsprechen den zuvor bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Öltransformators erklärten Vorteilen. Es ist sowohl ein rein manueller Ablauf, ein teilautomatisierter Ablauf als auch ein vollautomatisierter Ablauf denkbar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu dessen Beginn die rückzuführende Ölprobe aus dem Transformatorkessel entnommen und analysiert.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1:
    einen exemplarischen Öltransformator in einer ersten Ausführungsvariante
    Fig. 2:
    einen exemplarischen Öltransformator in einer zweiten Ausführungsvariante
  • Fig. 1 zeigt einen exemplarischen Öltransformator in einer ersten Ausführungsvariante 10, welcher sowohl einen eigentlichen elektrischen Transformator 11, also einen Transformatorkern mit Wicklung, als auch einen Transformatorkessel 12 aufweist.
  • Der Transformatorkessel 12 ist mit einer Ölfüllung 13 - schraffiert dargestellt - komplett befüllt. Die Ölfüllung 13 dient hierbei sowohl als Isolationsmedium als auch als Kühlmedium. Der Transformator 11 ist auf mehrere Standklötze 36 abgestützt, welche dessen Gewicht auf die Standfläche 34 abtragen.
  • Die Ölfüllung 13 des Öltransformators 10, welcher beispielsweise eine zu erwartende Lebensdauer von 40 Jahren aufweist, ist schon seit einer längeren Zeit, beispielsweise einigen Jahren, im Transformatorkessel 12 befindlich. Es weist daher auch Spuren bzw. Einträge von Gasungsvorgängen innerhalb des Transformators 11 auf. Üblicherweise sind mehrere Isolationsstoffe innerhalb der Transformatorwicklung verwendet. Wenn im Falle eines lokalen Fehlers - beispielsweise bei einem lokalen Versagen einer Isolationsschicht zwischen zwei benachbarten Wicklungsleitern - eine starke Erwärmung auftritt, so gast der betroffene Isolationswerkstoff aus, wobei Einträge einer derartigen Entgasung dann im Transformatoröl 13 enthalten sind.
  • Eine Analyse des Transformatoröls 13 lässt daher Rückschlüsse auf einen derartigen schleichenden Fehler zu, also einen Fehler, welcher die Funktionsfähigkeit des Transformators 11 nicht direkt und sofort einschränkt, aber kurz- oder mittelfristig zu einer nachhaltigen Beschädigung des Transformators 11 führt. Bei einem gravierenden unmittelbaren Fehler wie einem Kurzschluss, welcher dann zu einem deutlich erhöhten Kurzschlussstrom führt, wird der Transformator durch entsprechende Schutzvorrichtungen üblicher Weise direkt vom Netz genommen.
  • Im oberen Bereich des Transformatorkessels 12 ist ein Strömungskanal 16a abgezweigt, welcher in ein erstes oberhalb des Transformatorkessels 12 angeordnetes erstes Buchholz Schutzrelais 26a mündet. Dieses erste Buchholz Schutzrelais 26a weist einen ersten umschlossenen Hohlraum 18a auf, dessen oberer Bereich zum Sammeln von eventuell in dem Transformatoröl 13 entstehenden oder austretenden Gasen vorgesehen ist wobei der untere Bereich mit ebenfalls mit Transformatoröl 13 gefüllt ist. Im linken oberen Bereich des Buchholz Schutzrelais 26a ist eine erste Öffnung 20a vorgesehen, welche entsprechend der eigentlichen Bestimmung eines Buchholz Schutzrelais lediglich zum Ablassen der gesammelten Gase vorgesehen ist. Die Öffnung 20a ist mit einem zweiten Ventilmittel 25b verschließbar. Weitere Details des Buchholz Schutzrelais, wie beispielsweise ein Schwimmer, sind zeichnerisch nicht dargestellt aber dennoch als vorhanden anzunehmen.
  • Ebenfalls mit der ersten Öffnung 20a des ersten Buchholz Schutzrelais 26a verbunden ist ein erstes Ventilmittel 25a, welches vorzugsweise nur alternierend zu dem zweiten Ventilmittel 25b zu öffnen ist. Wenn eine Ölprobe nach erfolgter Ölanalyse nun in den Öltransformator 10 zurückzuführen ist, so ist zunächst das zweite Ventilmittel 25b zu schließen und danach das erste Ventilmittel 25a zu öffnen. Im Falle eines Dreiwegehahnes würde das Öffnen und Schließen synchron durch die Drehung eines Hahnverschlusselementes erfolgen, wobei der Dreiwegehahn dann sowohl das erste 25a als auch das zweite 25b Ventilmittel in sich vereint.
  • Ein Öltrichter 24 und eine mit dessen Ablauf verbundene Pumpe 22 stellen zusammen mit dem ersten Ventilmittel Komponenten der Mittel für die Ölrückführung dar. Das rückzuführende Öl ist beispielsweise komplett in den Öltrichter 24 zu füllen und nachfolgend mit der Pumpe 22 in den ersten umschlossenen Hohlraum 18a des ersten Buchholz Schutzrelais 26a zu pumpen. Eine Pumpe 24 ist in diesem Fall vorteilhaft, um das Öl auch gegen den im ersten inneren Hohlraum 18a herrschenden Überdruck hineinzupumpen. Es ist aber auch durchaus eine spritzenähnliche manuell betätigte Zylinderkolbenvorrichtung denkbar, um einen benötigten Gegendruck aufzubauen.
  • Das nunmehr in den ersten inneren Hohlraum 18a gepumpte Öl führt zu einem teilweisen Verdrängen von bereits in dem Hohlraum 18a befindlichen Öl, welches dann entsprechend des Weges des geringsten Widerstandes überwiegend über einen zweiten Strömungskanals 16b in ein mit dem ersten Buchholz Schutzrelais 26a verbundenes Ölausdehnungsgefäß 14 fließt.
  • Das in dem ersten inneren Hohlraum 18a befindliche rückgeführte Öl steht nunmehr überwiegend - abhängig von den zumeist trägen betriebsbedingten Volumenschwankungen des Transformatoröls 13 - still und gast über einen längeren Zeitraum aus, ohne das die im Laufe der Zeit freiwerdenden Gase, beispielsweise Argon, direkt in den Transformatorkessel 12 mit Ölfüllung 13 gelangen. Die freiwerdenden Gase werden vielmehr in dem oberen Bereich des ersten Hohlraums 18a des ersten Buchholz Schutzrelais 26a über einen Zeitraum gesammelt und bei Übersteigen einer bestimmten Menge an gesammeltem Gas automatisch - entsprechend der Funktion eines Buchholz Schutzrelais - über die erste Öffnung 20a und das zweite Ventilmittel 25b in Richtung des Pfeils 40 abgelassen.
  • Das Ölausdehnungsgefäß 14 ist in seinem oberen Bereich mit einem Abschluss 28 verschlossen. Von den verschließbaren Öffnungen 20a, 20b abgesehen bilden der Transformatorkessel 12, die Strömungskanäle 16a, 16b, 16c und das Ölausdehnungsgefäß 14 ein verbundenes und abgeschlossenes Hohlraumsystem. Um die betriebstemperaturbedingten Volumenschwankungen des Ölvolumens auszugleichen ist im Inneren des Ölausdehnungsgefäßes 14 eine kompressible Membran 30 vorgesehen, welche beispielsweise mit Luft gefüllt ist. Je nach auszugleichendem Volumen wird diese Membran 30 mehr oder auch weniger zusammengedrückt.
  • Im rechten oberen Bereich des Ölausdehnungsgefäßes 14 ist eine Öffnung 44 vorgesehen, welche über einen dritten Strömungskanal 16c in ein zweites Buchholz Schutzrelais 26b mündet. Ein derartiges Buchholz Schutzrelais dient primär der Überwachung der kompressiblen Membran 30, wobei ein Platzen dieser Membran zu einem sofortigen Freiwerden der darin enthaltenen Luftmenge führt. Diese Luftmenge gelangt in einem solchen Fall über die Öffnung 44 und den mit dieser verbundenen dritten Strömungskanal 16c in den zweiten inneren Hohlraum 18b des weiteren Buchholz Schutzrelais 26 und führt aufgrund des sprunghaften Anstiegs dort zu einer Fehlerauslösung. Selbstverständlich ist es möglich, das zweite Buchholz Schutzrelais 26b auch direkt mit der Öffnung 44 des Ölausdehnungsgefäßes 14 zu verbinden, womit der dritte Strömungskanal 16c in diesem Fall infinitesimal kurz würde.
  • Das zweite Buchholz Schutzrelais ist in seinem oberen Bereich mit einer zweiten Öffnung 20b versehen, welche mit einem zweiten Ventilmittel 25b verschließbar ist und über welche bedarfsweise in Richtung des Pfeils 40 im Hohlraum 18b gesammeltes Gas abgelassen werden kann.
  • Fig. 2 zeigt einen exemplarischen Öltransformator in zweiten Ausführungsvariante 50. Die zweite Ausführungsvariante 50 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsvariante 10, wobei für identische Komponenten jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden.
  • In der zweiten Variante sind nunmehr Mittel, nämlich ein erstes Ventilmittel 25a, eine Pumpe 22, und ein Öltrichter 24 vorgesehen, um eine Ölrückführung in den zweiten umschlossenen Hohlraums 18b des zweiten Buchholz Schutzrelais 26b zu ermöglichen. Deren Funktionsweise ist analog zu den in der ersten Ausführungsvariante beschriebenen Mitteln für die Rückführung von Öl in den ersten umschlossenen Hohlraum 18a des ersten Buchholz Schutzrelais 26a. Diese sind jedoch in der zweiten Ausführungsvariante 50 nicht mehr dargestellt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Exemplarischer Öltransformator in erster Ausführungsvariante
    11
    Transformator
    12
    Transformatorkessel
    13
    Ölfüllung
    14
    Ölausdehnungsgefäß
    16a
    erster Strömungskanal
    16b
    zweiter Strömungskanal
    16c
    dritter Strömungskanal
    18a
    erster umschlossener Hohlraum
    18b
    zweiter umschlossener Hohlraum
    20a
    erste verschließbare Öffnung
    20b
    zweite verschließbare Öffnung
    22
    Pumpe
    24
    Öltrichter
    25a
    erstes Ventilmittel
    25b
    zweites Ventilmittel
    26a
    erstes Buchholz Schutzrelais
    26b
    zweites Buchholz Schutzrelais
    28
    Oberer Abschluss des Ölausdehnungsgefäßes
    30
    kompressible Membran
    32
    Öffnung zur Entnahme von Öl
    34
    Standfläche
    36
    Standklötze
    38
    Rückführung von Öl
    40
    Ablass von Gas
    42
    Transportbehälter
    44
    Öffnung
    50
    Exemplarischer Öltransformator in zweiter Ausführungsvariante

Claims (9)

  1. Öltransformator (10, 50) mit Transformatorkessel (12), wobei wenigstens ein Öl-ausdehnungsgefäß (14) mit dem Transformatorkessel (12) über wenigstens einen Strömungskanal (16a, 16b, 16c) verbunden ist, wobei wenigstens ein umschlossener längs des Strömungskanals (16a, 16b, 16c) und/oder am Ölausdehnungsgefäß (14) angeordneter und mit diesem jeweils verbundener Hohlraum (18a, 18b) für die Sammlung von innerhalb des Transformatorkessels (12) und/oder des Ölausdehnungsgefäßes (14) freiwerdenden und/oder entstehenden Gases vorgesehen ist, wobei der Hohlraum (18a, 18b) in seinem oberen Bereich eine verschließbare Öffnung (20a, 20b) zum Ablassen von Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem wenigstens einen Strömungskanal (16a, 16b, 16c) weitere Mittel (22, 24, 25a) vorgesehen sind, eine Flüssigkeit in den umschlossenen Hohlraum (18a, 18b) einzuleiten.
  2. Öltransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (22, 24, 25a) dafür vorgesehen sind, die Flüssigkeit durch die für das Ablassen von Gas vorgesehene Öffnung (20a, 20b) in den wenigstens einen Hohlraum (18a, 18b) einzuleiten.
  3. Öltransformator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölausdehnungsgefäß (14) oben verschlossen (28) ist, dass innerhalb des Ölausdehnungsgefäßes (14) eine kompressible Membran (30) angeordnet ist und dass in dessen oberen Bereich eine Öffnung (44) vorgesehen ist, welche in einen Hohlraum (18b) zum Sammeln von Gas mündet.
  4. Öltransformator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, der wenigstens eine Hohlraum (18a, 18b) zum Sammeln von Gas durch ein Buchholz- Schutzrelais (26) gebildet ist.
  5. Öltransformator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die für das Ablassen von Gas vorgesehene Öffnung (20a, 20b) mit einem Dreiwegehahn mit wenigstens zwei externen Anschlüssen versehen ist, wobei der erste Anschluss zum Ablassen von Gas (40) und der zweite Anschluss zum Zuführen der Flüssigkeit (38) vorgesehen ist.
  6. Öltransformator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Ablassen von Gas (20a, 20b) durch ein Ventilmittel (25b) verschließbar ist.
  7. Öltransformator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Transformatorkessel (12) wenigstens eine Öffnung zur Entnahme von Öl (32) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zur Rückführung einer Ölprobe in einen Öltransformator (10) nach Anspruch 7 mit folgenden Schritten:
    • Unterbrechen eines durch eine verschließbare Öffnung (20a, 20b) aus einem Hohlraum (18a, 18b) zum Sammeln von Gas führenden Luftablasskanals, wobei der Hohlraum (18a, 18b) seinerseits direkt oder indirekt über einen Verbindungskanal (16a, 16b, 16c) in den Transformatorkessel (12) mündet
    • Herstellen eines Verbindungskanals zwischen dem Hohlraum (18a, 18b) und einer Zuführstelle (24)
    • Einführen der Ölprobe in die Zuführstelle (24) und Rückführen des Öls in den Hohlraum (18a, 18b) durch den zuvor hergestellten Verbindungskanal
    • Unterbrechen des zuvor hergestellten Verbindungskanals zwischen dem Hohlraum (18a, 18b) und der Zuführstelle (24)
    • Wiederherstellen des durch eine verschließbare Öffnung (20a, 20b) aus einem Hohlraum (18a, 18b) zum Sammeln von Gas führenden Luftablasskanals
  9. Verfahren nach Anspruch 8, mit folgenden zusätzlichen Schritten zu Beginn des Verfahrens:
    • Entnahme einer Ölprobe aus dem Transformatorkessel (12)
    • Analyse der Ölprobe
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