EP3312855A1 - Transformer with underlying expansion vessel - Google Patents

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Publication number
EP3312855A1
EP3312855A1 EP17192832.8A EP17192832A EP3312855A1 EP 3312855 A1 EP3312855 A1 EP 3312855A1 EP 17192832 A EP17192832 A EP 17192832A EP 3312855 A1 EP3312855 A1 EP 3312855A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
expansion vessel
boiler
gas
liquid
vessel
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17192832.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dominic Trieb
Hans Jürgen Wagner
Jürgen Gangel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3312855A1 publication Critical patent/EP3312855A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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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 electrical device for connection to a high-voltage network with a magnetizable core, at least one winding surrounding a portion of the core, a hermetically sealed gas-tight vessel in which the core and the winding are arranged, wherein the boiler with an insulating liquid and an inert gas is filled, and an expansion volume to compensate for temperature-induced pressure and volume fluctuations.
  • Such an electrical device is known in the art from the constant practice.
  • so-called “hermetic transformers” are available on the market, which have a hermetically sealed, so a gas-tight boiler, in which the windings and the transformer core are arranged.
  • the gas-tight boiler is filled with an insulating liquid, which ensures the necessary electrical insulation of the windings in relation to the ground potential boiler.
  • the insulating liquid also provides the necessary cooling of the windings.
  • the gas-tight version of the transformer ensures that no moisture penetrates into the interior of the boiler.
  • hermetic transformers can be completely filled with an insulating liquid.
  • a caused by a rise in temperature increase in the volume of the insulating liquid is received in this variant by buckling of the outer wall of the boiler.
  • an inert gas for example nitrogen or air, is arranged in addition to the insulating liquid within the boiler, so that a compressible gas cushion is provided.
  • Pressure and volume fluctuations of said fluids are by compression of the gas cushion in a corresponding dimensioned expansion vessel, which is connected to the boiler interior.
  • the expansion vessel must be designed to have a wide space, otherwise it could be very high at a volume expansion of the insulating liquid pressure occurring.
  • the electrical device in gondolas of a wind turbine, however, only a limited space is available.
  • a certain connection height is required in these applications, which can be provided only consuming due to the voluminous expansion vessel.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical device of the type mentioned, with a required connection height can be provided in a simple manner even with limited space.
  • the expansion volume has a gas expansion vessel to compensate for pressure fluctuations of the gas and a liquid expansion vessel to compensate for temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid, wherein the gas expansion vessel is disposed below the boiler.
  • the expansion volume comprises at least one gas expansion vessel and at least one liquid expansion vessel.
  • the liquid expansion tank serves to compensate for temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid.
  • the insulating liquid expands with increasing warming.
  • the resulting additional volume is included in the invention exclusively by the liquid expansion vessel.
  • the liquid expansion vessel is connected to the interior of the boiler.
  • the liquid expansion vessel may also be a partial volume of the interior of the boiler.
  • Essential in the context is that an increase in volume of the insulating liquid can be completely absorbed by the liquid expansion vessel, so that no liquid in the below Transformers arranged gas expansion vessel passes.
  • a separation between gas and liquid is provided with regard to the expansion volumes.
  • the transformer tank can therefore, for example in the nacelle of a wind turbine, higher, or in other words with a smaller distance to a ceiling of a room installation, mounted as a transformer according to the prior art.
  • a passage projecting through the boiler wall comprising a high voltage electrical conductor embedded in a solid state insulator extending in a longitudinal direction.
  • the solid-state insulator is connected via a flange portion of the implementation gas-tight and firmly connected to a wall or a lid of the boiler.
  • the bushing forms a connection lug on its end remote from the said wall or the lid. If a certain connection height is required, this connection lug must be arranged at a certain distance from the ceiling of the installation room. This can be done easily in the context of the invention.
  • the interior of the boiler and the gas expansion vessel are connected to each other via a connecting line.
  • the connecting line thus allows an expansion of the gas itself from the interior of the boiler into the gas expansion vessel, where it can be compressed.
  • a hermetically encapsulated electrical device ie transformer or choke provided.
  • the gas expansion vessel on a support frame, wherein the boiler is connected to the support frame.
  • the gas expansion vessel can be inexpensively attached to the boiler.
  • the connecting line has a riser section ascending from the boiler and a drop section leading down to the gas expansion vessel, with the riser and the drop sections being connected to one another via a deflecting section.
  • the liquid expansion vessel is disposed in the riser section.
  • the liquid expansion vessel is arranged above the boiler of the transformer, so that upon cooling of the electrical device with a decrease in volume of the insulating liquid in the wake of the insulating liquid flows from the liquid expansion vessel into the underlying boiler interior. This ensures that each winding is completely surrounded by insulating liquid.
  • the upper region of the interior of the boiler forms the liquid expansion vessel.
  • the boiler interior is not completely filled with insulating liquid. Rather, in an overhead region of the interior of the boiler, only the inert gas is present, so that in the event of a volume increase, the insulating liquid can expand in this residual region.
  • the gas cushion is displaced from the boiler into the gas expansion vessel, whereby it is compressed and is thus provided for a pressure increase.
  • the boiler interior is connected only via a connecting line with the lower-lying gas expansion vessel.
  • the volume V fl of the liquid expansion vessel is smaller than the volume Vg of the gas expansion vessel. According to this variant, it is ensured that a sufficiently large space for the compression of the inert gas is provided. At the same time, the liquid expansion vessel can be designed as small as possible.
  • an inert gas for example, nitrogen or dried air is suitable.
  • the volume Vg of the gas expansion vessel is at least ten times as large as the volume V fl of the liquid expansion vessel. This volume ratio has proven to be particularly advantageous in practice, since in this way the usual requirements are met.
  • the volume V fl of the liquid expansion vessel is dimensioned so that it is completely filled with insulating liquid only when a maximum permissible operating temperature of the electrical device is reached. According to this advantageous further development, it is ensured that no insulating liquid can reach the gas expansion vessel arranged below the boiler, wherein the liquid expansion vessel is made as small as possible.
  • the insulating liquid has just completely drained off at the minimum operating temperature.
  • the surface of the insulating liquid runs at the lowest temperature just along the entrance of the liquid expansion vessel.
  • an open air connection for connection of the high-voltage network is provided, wherein the outdoor connection projects beyond the boiler lid in its side view. According to this development, it is ensured that the connection is arranged above the boiler, so that a required connection height can be provided in a simple manner.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which is designed in the illustration shown as a hermetic transformer.
  • the hermetic transformer 1 has a boiler 2 with cooling fins not shown figuratively.
  • a formed of magnetizable sheets core extends, which forms at least one leg which is surrounded by a low-voltage and high-voltage winding concentric.
  • the windings are electrically connected via connection lines also not shown with external connections, from the in FIG. 1 only an external connection 3 is shown.
  • the boiler 2 is here completely filled with an insulating liquid.
  • a gas expansion vessel 4 can be seen, which is connected via a connecting line 5 with the interior of the boiler 2.
  • the connecting line 5 forms from the boiler 2 upwardly rising riser section 6, which via a deflection section 7 in a downwardly leading Case 8 passes.
  • a liquid expansion vessel 10 can be seen within the riser section 6 and thus above a boiler lid 9, a liquid expansion vessel 10 can be seen.
  • the inner volume V fl of the liquid expansion vessel 10 is about one tenth of the inner volume Vg of the gas expansion vessel 4. It is therefore made compact.
  • the volume of the insulating liquid in the interior of the boiler 2 or in the interior of the connecting line 5 is so dimensioned that at a minimum operating temperature of the transformer 1, the level of the insulating liquid just adjoins the lower entrance of the liquid expansion vessel. If the operating temperature continues to increase, the insulating liquid expands, the additional volume of the insulating liquid being taken up by the interior of the liquid expansion vessel 10. The thereby displaced gas is compressed within the gas expansion vessel 4, so that there is an increase in pressure.
  • the volume of the insulating liquid is reduced. Since the liquid expansion vessel 10 is disposed above the vessel 2, the insulating liquid flows by gravity from the liquid expansion vessel 10 into the vessel 2, so that the vessel 2 is continuously completely filled with insulating liquid and ensured that the leads, the windings and the core are constantly surrounded by insulating liquid.
  • electrical device 1 is gas-tight, so hermetically sealed, so that the entry of atmospheric air and thus moisture in the interior of the boiler 2 is avoided.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which differs from that in the FIG. 1 shown embodiment differs only by the arrangement and design of the liquid expansion vessel 10.
  • the liquid expansion vessel 10 is mounted directly on the vessel lid, from which it rises like a dome in the example shown.
  • the internal volume of the liquid expansion vessel 10 is connected directly to the interior of the boiler 2.
  • the connecting line 5 opens into the upper wall of the liquid expansion vessel 10, wherein the riser section 6 is formed shortened compared to the first embodiment.
  • the direct attachment of the liquid expansion vessel 10 on the lid of the boiler 2 simplifies the manufacture of the hermetic transformer 1.
  • the liquid expansion vessel 10 is formed within the vessel 2.
  • the boiler 2 is not completely filled with insulating liquid, but it is located within the boiler 2 filled with an inert gas upper gas space, which is filled with the inert gas, here dry nitrogen.
  • the density of the gas is less than the density of the insulating liquid.
  • the gas cushion forms over the insulating liquid.
  • the level of the insulating liquid in the boiler 2 is dimensioned as a function of the internal volume of the boiler 2 so that even at minimum operating temperature, the windings are completely surrounded by the insulating liquid. With increasing temperatures and the upper portion of the boiler 2 is filled due to the volume expansion gradually with insulating liquid.
  • the gas is completely displaced from the boiler 2 and has passed completely through the connecting line 5 into the arranged below the boiler 2 gas expansion vessel 4.
  • the connecting line 5 extends here from the tank lid directly, so without the interposition of a liquid expansion vessel, arranged below the boiler 2 gas expansion vessel 4.
  • the gas expansion vessel 4 may be equipped with a support frame, which has a sufficiently high mechanical strength to hold the gas expansion vessel 4 to the boiler 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)

Abstract

Um ein elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer Wicklung, die einen Abschnitt des Kerns umgibt, einem hermetisch gekapselten gasdichten Kessel (2), in dem der Kern und die Wicklung angeordnet sind, wobei der Kessel (2) mit einer Isolierflüssigkeit und einem inerten Gas befüllt ist, und einem Ausdehnungsvolumen zum Ausgleich von temperaturbedingten Druck- und Volumenschwankungen, bereitzustellen, mit dem auch bei begrenztem Bauraum eine geforderte Anschlusshöhe auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Ausdehnungsvolumen ein Gasausdehnungsgefäß (4) zum Ausgleich von Druckschwankungen des Gases und ein Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufweist, wobei das Gasausdehnungsgefäß (4) unterhalb des Kessels (2) angeordnet ist.To an electrical device (1) for connection to a high voltage network with a magnetizable core, at least one winding surrounding a portion of the core, a hermetically sealed gas-tight vessel (2), in which the core and the winding are arranged, wherein the boiler (2) is filled with an insulating liquid and an inert gas, and an expansion volume to compensate for temperature-related pressure and volume fluctuations to provide, with a required connection height can be provided in a simple manner even with limited space, it is proposed that the Expansion volume comprises a gas expansion vessel (4) for compensating pressure fluctuations of the gas and a liquid expansion vessel (10) for compensating for temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid, wherein the gas expansion vessel (4) below the vessel (2) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer Wicklung, die einen Abschnitt des Kerns umgibt, einem hermetisch abgeschlossenen gasdichten Kessel, in dem der Kern und die Wicklung angeordnet sind, wobei der Kessel mit einer Isolierflüssigkeit und einem inerten Gas befüllt ist, und einem Ausdehnungsvolumen zum Ausgleich von temperaturbedingten Druck- und Volumenschwankungen.The invention relates to an electrical device for connection to a high-voltage network with a magnetizable core, at least one winding surrounding a portion of the core, a hermetically sealed gas-tight vessel in which the core and the winding are arranged, wherein the boiler with an insulating liquid and an inert gas is filled, and an expansion volume to compensate for temperature-induced pressure and volume fluctuations.

Ein solches elektrisches Gerät ist dem Fachmann aus der ständigen Praxis bekannt. So sind am Markt so genannte "Hermetik-Transformatoren" erhältlich, die einen hermetisch gekapselten, also ein gasdichten Kessel aufweisen, in dem die Wicklungen und der Transformatorkern angeordnet sind. Zum Verbinden der Wicklungen mit Außenanschlüssen sind Anschlussleitungen gasdicht aus dem Gehäuse herausgeführt. Der gasdichte Kessel ist mit einer Isolierflüssigkeit befüllt, die für die notwendige elektrische Isolation der Wicklungen gegenüber dem auf Erdpotenzial liegenden Kessel sorgt. Darüber hinaus stellt die Isolierflüssigkeit auch die notwendige Kühlung der Wicklungen bereit. Die gasdichte Ausführung des Transformators stellt sicher, dass keine Feuchtigkeit in das Kesselinnere eindringt.Such an electrical device is known in the art from the constant practice. Thus, so-called "hermetic transformers" are available on the market, which have a hermetically sealed, so a gas-tight boiler, in which the windings and the transformer core are arranged. To connect the windings with external connections, connecting lines are led out of the housing in a gastight manner. The gas-tight boiler is filled with an insulating liquid, which ensures the necessary electrical insulation of the windings in relation to the ground potential boiler. In addition, the insulating liquid also provides the necessary cooling of the windings. The gas-tight version of the transformer ensures that no moisture penetrates into the interior of the boiler.

Hermetik-Transformatoren können gemäß einer Variante vollständig mit einer Isolierflüssigkeit befüllt sein. Ein durch einen Temperaturanstieg hervorgerufener Anstieg des Volumens der Isolierflüssigkeit wird bei dieser Variante durch ein Ausbeulen der Außenwandung des Kessels aufgenommen. Bei einer anderen Variante ist neben der Isolierflüssigkeit innerhalb des Kessels ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Luft, angeordnet, so dass ein komprimierbares Gaspolster bereitgestellt ist. Druck- und Volumenschwankungen der besagten Fluide werden durch Kompression des Gaspolsters in einem entsprechend dimensionierten Ausdehnungsgefäß aufgenommen, das mit dem Kesselinneren verbunden ist. Einem solchen elektrischen Gerät haftet jedoch der Nachteil an, dass das Ausdehnungsgefäß raumgreifend ausgestaltet sein muss, da ansonsten er bei einer Volumenausdehnung der Isolierflüssigkeit auftretende Druck sehr hoch werden könnte. Insbesondere bei einem Einsatz des elektrischen Geräts in Gondeln einer Windenergieanlage steht jedoch ein nur begrenzter Bauraum zur Verfügung. Darüber hinaus wird bei diesen Anwendungen eine bestimmte Anschlusshöhe gefordert, die aufgrund des voluminösen Ausdehnungsgefäßes nur aufwändig bereitgestellt werden kann.According to a variant, hermetic transformers can be completely filled with an insulating liquid. A caused by a rise in temperature increase in the volume of the insulating liquid is received in this variant by buckling of the outer wall of the boiler. In another variant, an inert gas, for example nitrogen or air, is arranged in addition to the insulating liquid within the boiler, so that a compressible gas cushion is provided. Pressure and volume fluctuations of said fluids are by compression of the gas cushion in a corresponding dimensioned expansion vessel, which is connected to the boiler interior. However, such an electrical device has the disadvantage that the expansion vessel must be designed to have a wide space, otherwise it could be very high at a volume expansion of the insulating liquid pressure occurring. In particular, when using the electrical device in gondolas of a wind turbine, however, only a limited space is available. In addition, a certain connection height is required in these applications, which can be provided only consuming due to the voluminous expansion vessel.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auch bei begrenztem Bauraum eine geforderte Anschlusshöhe auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden kann.The object of the invention is therefore to provide an electrical device of the type mentioned, with a required connection height can be provided in a simple manner even with limited space.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Ausdehnungsvolumen ein Gasausdehnungsgefäß zum Ausgleich von Druckschwankungen des Gases und ein Flüssigkeitsausdehnungsgefäß zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufweist, wobei das Gasausdehnungsgefäß unterhalb des Kessels angeordnet ist.The invention solves this problem in that the expansion volume has a gas expansion vessel to compensate for pressure fluctuations of the gas and a liquid expansion vessel to compensate for temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid, wherein the gas expansion vessel is disposed below the boiler.

Erfindungsgemäß umfasst das Ausdehnungsvolumen wenigstens ein Gasausdehnungsgefäß und wenigstens einem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß. Das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß dient zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit. Die Isolierflüssigkeit dehnt sich bei zunehmender Erwärmung aus. Das dabei entstehende Zusatzvolumen wird im Rahmen der Erfindung ausschließlich von dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß aufgenommen. Dazu ist das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß mit dem Innenraum des Kessels verbunden. In diesem Sinne kann das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß auch ein Teilvolumen des Innenraums des Kessels sein. Wesentlich im Rahmen ist, dass ein Volumenzuwachs der Isolierflüssigkeit von dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß vollständig aufgenommen werden kann, so dass keine Flüssigkeit in das unterhalb des Transformators angeordnete Gasausdehnungsgefäß gelangt. Mit anderen Worten ist im Rahmen der Erfindung hinsichtlich der Ausdehnungsvolumina eine Trennung zwischen Gas und Flüssigkeit bereitgestellt. Dies ermöglicht die Anordnung des raumgreifenden Gasausdehnungsgefäßes unterhalb des Transformators. Der Transformatorkessel kann daher, beispielsweise in der Gondel einer Windenergieanlage, höher oder mit anderen Worten mit geringerem Abstand zu einer Decke eines Aufstellungsraumes, angebracht werden als ein Transformator gemäß dem Stand der Technik.According to the invention, the expansion volume comprises at least one gas expansion vessel and at least one liquid expansion vessel. The liquid expansion tank serves to compensate for temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid. The insulating liquid expands with increasing warming. The resulting additional volume is included in the invention exclusively by the liquid expansion vessel. For this purpose, the liquid expansion vessel is connected to the interior of the boiler. In this sense, the liquid expansion vessel may also be a partial volume of the interior of the boiler. Essential in the context is that an increase in volume of the insulating liquid can be completely absorbed by the liquid expansion vessel, so that no liquid in the below Transformers arranged gas expansion vessel passes. In other words, in the context of the invention, a separation between gas and liquid is provided with regard to the expansion volumes. This allows the arrangement of the expansive gas expansion vessel below the transformer. The transformer tank can therefore, for example in the nacelle of a wind turbine, higher, or in other words with a smaller distance to a ceiling of a room installation, mounted as a transformer according to the prior art.

Zum Anschluss des elektrischen Geräts an ein Hochspannungsnetz mit Spannungen im Bereich von 1 kV - 1000 kV ist in der Regel eine die Kesselwandung durchragende Durchführung vorgesehen, die einen elektrischen Hochspannungsleiter umfasst, der in einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Festkörperisolator eingebettet ist. Der Festkörperisolator ist über einen Flanschabschnitt der Durchführung gasdicht und fest mit einer Wandung oder einem Deckel des Kessels verbunden. Dabei bildet die Durchführung an ihrem von der besagten Wandung oder dem Deckel abgewandten Ende eine Anschlussfahne aus. Ist eine bestimmte Anschlusshöhe gefordert, muss diese Anschlussfahne mit einem bestimmten Abstand zur Decke des Aufstellungsraumes angeordnet werden. Dies kann im Rahmen der Erfindung problemlos erfolgen.For connection of the electrical device to a high voltage network with voltages in the range of 1 kV - 1000 kV, a passage projecting through the boiler wall is generally provided, comprising a high voltage electrical conductor embedded in a solid state insulator extending in a longitudinal direction. The solid-state insulator is connected via a flange portion of the implementation gas-tight and firmly connected to a wall or a lid of the boiler. In this case, the bushing forms a connection lug on its end remote from the said wall or the lid. If a certain connection height is required, this connection lug must be arranged at a certain distance from the ceiling of the installation room. This can be done easily in the context of the invention.

Vorteilhafterweise sind der Innenraum des Kessels und das Gasausdehnungsgefäß über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden. Die Verbindungsleitung ermöglicht so eine Ausdehnung des Gases selbst vom Inneren des Kessels in das Gasausdehnungsgefäß hinein, wo es komprimiert werden kann.Advantageously, the interior of the boiler and the gas expansion vessel are connected to each other via a connecting line. The connecting line thus allows an expansion of the gas itself from the interior of the boiler into the gas expansion vessel, where it can be compressed.

Durch die gasdichte Ausführung des Kessels ist erfindungsgemäß ein hermetisch gekapseltes elektrisches Gerät, also Transformator oder Drossel, bereitgestellt.Due to the gas-tight design of the boiler according to the invention a hermetically encapsulated electrical device, ie transformer or choke provided.

Zweckmäßigerweise weist das Gasausdehnungsgefäß ein Traggerüst auf, wobei der Kessel mit dem Traggerüst verbunden ist. Gemäß dieser Variante der Erfindung kann das Gasausdehnungsgefäß kostengünstig am Kessel befestigt werden.Appropriately, the gas expansion vessel on a support frame, wherein the boiler is connected to the support frame. According to this variant of the invention, the gas expansion vessel can be inexpensively attached to the boiler.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist die Verbindungsleitung einen von dem Kessel aufsteigenden Steigabschnitt und einen zum Gasausdehnungsgefäß herabführenden Fallabschnitt auf, wobei Steig- und Fallabschnitt über einen Umlenkabschnitt miteinander verbunden sind. Das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß ist in dem Steigabschnitt angeordnet.According to an advantageous further development, the connecting line has a riser section ascending from the boiler and a drop section leading down to the gas expansion vessel, with the riser and the drop sections being connected to one another via a deflecting section. The liquid expansion vessel is disposed in the riser section.

Gemäß dieser Variante ist das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß oberhalb des Kessels des Transformators angeordnet, so dass bei einem Abkühlen des elektrischen Geräts mit einer Volumenabnahme der Isolierflüssigkeit im Gefolge die Isolierflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß in den darunter liegenden Kesselinnenraum abfließt. Damit ist sichergestellt, dass jede Wicklung vollständig von Isolierflüssigkeit umgeben ist.According to this variant, the liquid expansion vessel is arranged above the boiler of the transformer, so that upon cooling of the electrical device with a decrease in volume of the insulating liquid in the wake of the insulating liquid flows from the liquid expansion vessel into the underlying boiler interior. This ensures that each winding is completely surrounded by insulating liquid.

Gemäß einer hiervon abweichenden Variante bildet der obere Bereich des Kesselinnenraums das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß aus. Mit anderen Worten ist der Kesselinnenraum nicht vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt. Vielmehr befindet sich in einem oben liegenden Restbereich des Kesselinnenraums lediglich das inerten Gas, so dass bei einer Volumenzunahmen die Isolierflüssigkeit sich in diesem Restbereich hinein ausdehnen kann. Dabei wird das Gaspolster aus dem Kessel in das Gasausdehnungsgefäß verdrängt, wobei es komprimiert wird und so für einen Druckanstieg gesorgt ist. Der Kesselinnenraum ist dabei lediglich über eine Verbindungsleitung mit dem tiefer liegenden Gasausdehnungsgefäß verbunden.According to a variant deviating from this, the upper region of the interior of the boiler forms the liquid expansion vessel. In other words, the boiler interior is not completely filled with insulating liquid. Rather, in an overhead region of the interior of the boiler, only the inert gas is present, so that in the event of a volume increase, the insulating liquid can expand in this residual region. The gas cushion is displaced from the boiler into the gas expansion vessel, whereby it is compressed and is thus provided for a pressure increase. The boiler interior is connected only via a connecting line with the lower-lying gas expansion vessel.

Gemäß einer weiteren hiervon abweichenden Variante ragt das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß von einem Kesseldeckel des Kessels auf, wobei der Innenraum des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes mit dem Innenraum des Kessels verbunden ist. Die Verbindungsleitung erstreckt sich dann von dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß zum Gasausdehnungsgefäß. Gemäß dieser Variante ragt das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß als Aufnahmevolumen direkt vom Kesseldeckel auf. Die Verbindungsleitung mündet bei dieser Variante direkt in dem oberen Bereich des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes.According to another variant deviating from the liquid expansion vessel from a boiler lid of the boiler projects, wherein the interior of the liquid expansion vessel is connected to the interior of the boiler. The connecting line then extends from the liquid expansion vessel to the gas expansion vessel. According to this variant protrudes the liquid expansion vessel as a holding volume directly from the vessel lid. The connecting line opens in this variant directly in the upper region of the liquid expansion vessel.

Zweckmäßigerweise ist das Volumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes kleiner als das Volumen Vg des Gasausdehnungsgefäßes. Gemäß dieser Variante ist sichergestellt, dass ein ausreichend großer Raum für die Kompression des inerten Gases bereitgestellt ist. Gleichzeitig kann das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß so klein wie möglich ausgestaltet sein.Conveniently, the volume V fl of the liquid expansion vessel is smaller than the volume Vg of the gas expansion vessel. According to this variant, it is ensured that a sufficiently large space for the compression of the inert gas is provided. At the same time, the liquid expansion vessel can be designed as small as possible.

Als inertes Gas eignet sich beispielsweise Stickstoff oder getrocknete Luft.As an inert gas, for example, nitrogen or dried air is suitable.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist das Volumen Vg des Gasausdehnungsgefäßes wenigstens zehnmal so groß, wie das Volumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes. Dieses Volumenverhältnis hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt, da auf diese Weise die üblichen Anforderungen erfüllt werden.According to an expedient further development, the volume Vg of the gas expansion vessel is at least ten times as large as the volume V fl of the liquid expansion vessel. This volume ratio has proven to be particularly advantageous in practice, since in this way the usual requirements are met.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Volumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes so bemessen, dass es erst bei Erreichen einer maximal zulässigen Betriebstemperatur des elektrischen Geräts vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist sichergestellt, dass keine Isolierflüssigkeit in das unterhalb des Kessels angeordnete Gasausdehnungsgefäß gelangen kann, wobei das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß so klein wie möglich ausgeführt ist.According to a preferred variant of the invention, the volume V fl of the liquid expansion vessel is dimensioned so that it is completely filled with insulating liquid only when a maximum permissible operating temperature of the electrical device is reached. According to this advantageous further development, it is ensured that no insulating liquid can reach the gas expansion vessel arranged below the boiler, wherein the liquid expansion vessel is made as small as possible.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei der minimalen Betriebstemperatur die Isolierflüssigkeit gerade vollständig abgeflossen ist. Mit anderen Worten verläuft die Oberfläche der Isolierflüssigkeit bei der tiefsten Temperatur gerade entlang des Eingangs des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes. Vorteilhafterweise ist ein Freiluftanschluss zum Anschluss des Hochspannungsnetzes vorgesehen, wobei der Freiluftanschluss in seiner Seitenansicht den Kesseldeckel überragt. Gemäß dieser Weiterentwicklung ist sichergestellt, dass der Anschluss oberhalb des Kessels angeordnet ist, so dass eine geforderte Anschlusshöhe auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden kann.Furthermore, it is advantageous if the insulating liquid has just completely drained off at the minimum operating temperature. In other words, the surface of the insulating liquid runs at the lowest temperature just along the entrance of the liquid expansion vessel. Advantageously, an open air connection for connection of the high-voltage network is provided, wherein the outdoor connection projects beyond the boiler lid in its side view. According to this development, it is ensured that the connection is arranged above the boiler, so that a required connection height can be provided in a simple manner.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei die

Figuren 1 bis 3
jeweils ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts in einer schematischen Seitenansicht verdeutlichen.
Further expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to like-acting components and wherein the
FIGS. 1 to 3
each illustrate an embodiment of the electrical device according to the invention in a schematic side view.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1, das in der gezeigten Darstellung als Hermetik-Transformator ausgeführt ist. Der Hermetik-Transformator 1 verfügt über einen Kessel 2 mit figürlich nicht dargestellten Kühlrippen. In dem Kessel 2 erstreckt sich ein aus magnetisierbaren Blechen gebildeter Kern, der wenigstens einen Schenkel ausbildet, der von einer Unterspannungs- und Oberspannungswicklung konzentrisch umgeben ist. Die Wicklungen sind über ebenfalls figürlich nicht dargestellte Anschlussleitungen mit Außenanschlüssen elektrisch verbunden, von der in Figur 1 lediglich ein Außenanschluss 3 gezeigt ist. Der Kessel 2 ist hier vollständig mit einer Isolierflüssigkeit befüllt. FIG. 1 shows a first embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which is designed in the illustration shown as a hermetic transformer. The hermetic transformer 1 has a boiler 2 with cooling fins not shown figuratively. In the boiler 2, a formed of magnetizable sheets core extends, which forms at least one leg which is surrounded by a low-voltage and high-voltage winding concentric. The windings are electrically connected via connection lines also not shown with external connections, from the in FIG. 1 only an external connection 3 is shown. The boiler 2 is here completely filled with an insulating liquid.

Unterhalb des Kessels 2 ist ein Gasausdehnungsgefäß 4 erkennbar, das über eine Verbindungsleitung 5 mit dem Innenraum des Kessels 2 verbunden ist. Dabei bildet die Verbindungsleitung 5 einen aus dem Kessel 2 nach oben aufragenden Steigabschnitt 6 aus, der über einen Umlenkabschnitt 7 in einen herabführenden Fallabschnitt 8 übergeht. Innerhalb des Steigabschnitts 6 und somit oberhalb eines Kesseldeckels 9 ist ein Flüssigkeitsausdehnungsgefäß 10 erkennbar. Das Innenvolumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10 beträgt etwa ein Zehntel des Innenvolumens Vg des Gasausdehnungsgefäßes 4. Es ist daher kompakt ausgeführt.Below the boiler 2, a gas expansion vessel 4 can be seen, which is connected via a connecting line 5 with the interior of the boiler 2. In this case, the connecting line 5 forms from the boiler 2 upwardly rising riser section 6, which via a deflection section 7 in a downwardly leading Case 8 passes. Within the riser section 6 and thus above a boiler lid 9, a liquid expansion vessel 10 can be seen. The inner volume V fl of the liquid expansion vessel 10 is about one tenth of the inner volume Vg of the gas expansion vessel 4. It is therefore made compact.

Das Volumen der Isolierflüssigkeit im Inneren des Kessels 2 beziehungsweise im Inneren der Verbindungsleitung 5 ist so bemessen, dass bei einer minimalen Betriebstemperatur des Transformators 1 der Pegel der Isolierflüssigkeit gerade an den unteren Eingang des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes grenzt. Steigt die Betriebstemperatur weiter an, dehnt sich die Isolierflüssigkeit aus, wobei das zusätzliche Volumen der Isolierflüssigkeit von dem Innenraum des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10 aufgenommen wird. Das dabei verdrängte Gas wird innerhalb des Gasausdehnungsgefäßes 4 komprimiert, so dass es zu einem Druckanstieg kommt.The volume of the insulating liquid in the interior of the boiler 2 or in the interior of the connecting line 5 is so dimensioned that at a minimum operating temperature of the transformer 1, the level of the insulating liquid just adjoins the lower entrance of the liquid expansion vessel. If the operating temperature continues to increase, the insulating liquid expands, the additional volume of the insulating liquid being taken up by the interior of the liquid expansion vessel 10. The thereby displaced gas is compressed within the gas expansion vessel 4, so that there is an increase in pressure.

Bei fallenden Betriebstemperaturen verringert sich das Volumen der Isolierflüssigkeit. Da das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß 10 oberhalb des Kessels 2 angeordnet ist, fließt die Isolierflüssigkeit aufgrund der Schwerkraft aus dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß 10 in den Kessel 2 ab, so dass der Kessel 2 fortwährend vollständig mit Isolierflüssigkeit gefüllt und sichergestellt ist, dass die Anschlussleitungen, die Wicklungen und der Kern fortwährend von Isolierflüssigkeit umgeben sind.At falling operating temperatures, the volume of the insulating liquid is reduced. Since the liquid expansion vessel 10 is disposed above the vessel 2, the insulating liquid flows by gravity from the liquid expansion vessel 10 into the vessel 2, so that the vessel 2 is continuously completely filled with insulating liquid and ensured that the leads, the windings and the core are constantly surrounded by insulating liquid.

Das in Figur 1 gezeigte elektrische Gerät 1 ist gasdicht, also hermetisch verschlossen, so dass der Eintritt von atmosphärischer Luft und somit Feuchtigkeit in den Innenraum des Kessels 2 vermieden ist.This in FIG. 1 shown electrical device 1 is gas-tight, so hermetically sealed, so that the entry of atmospheric air and thus moisture in the interior of the boiler 2 is avoided.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1, das sich von dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur durch die Anordnung und Ausführung des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10 unterscheidet. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß 10 direkt auf dem Kesseldeckel montiert, von dem es in dem gezeigten Beispiel domartig aufragt. Das Innenvolumen des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10 ist dabei direkt mit dem Innenraum des Kessels 2 verbunden. Die Verbindungsleitung 5 mündet in der oberen Wandung des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10, wobei der Steigabschnitt 6 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verkürzt ausgebildet ist. Das direkte Anbringen des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes 10 auf dem Deckel des Kessels 2 vereinfacht die Herstellung des Hermetik-Transformators 1. FIG. 2 shows a further embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which differs from that in the FIG. 1 shown embodiment differs only by the arrangement and design of the liquid expansion vessel 10. In the in FIG. 2 In the embodiment shown, the liquid expansion vessel 10 is mounted directly on the vessel lid, from which it rises like a dome in the example shown. The internal volume of the liquid expansion vessel 10 is connected directly to the interior of the boiler 2. The connecting line 5 opens into the upper wall of the liquid expansion vessel 10, wherein the riser section 6 is formed shortened compared to the first embodiment. The direct attachment of the liquid expansion vessel 10 on the lid of the boiler 2 simplifies the manufacture of the hermetic transformer 1.

Bei der in Figur 3 gezeigten Variante des Transformators 1 als elektrisches Gerät 1 ist das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß 10 innerhalb des Kessels 2 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Kessel 2 nicht vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt, sondern es befindet sich innerhalb des Kessels 2 ein mit inertem Gas befüllter oberer Gasraum, der mit dem inerten Gas, hier trockener Stickstoff, befüllt ist. Die Dichte des Gases ist geringer als die Dichte der Isolierflüssigkeit. Somit bildet sich das Gaspolster über der Isolierflüssigkeit aus. Der Füllstand der Isolierflüssigkeit im Kessel 2 ist in Abhängigkeit des Innenvolumens des Kessels 2 so bemessen, dass auch bei minimaler Betriebstemperatur, die Wicklungen vollständig von der Isolierflüssigkeit umgeben sind. Bei ansteigenden Temperaturen wird auch der obere Bereich des Kessels 2 aufgrund der Volumenausdehnung nach und nach mit Isolierflüssigkeit befüllt. Bei der maximalen zulässigen Betriebstemperatur ist das Gas vollständig aus dem Kessel 2 verdrängt und ist über die Verbindungsleitung 5 vollständig in das unterhalb des Kessels 2 angeordnete Gasausdehnungsgefäß 4 gelangt. Die Verbindungsleitung 5 erstreckt sich hier von dem Kesseldeckel direkt, also ohne Zwischenschaltung eines Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes, zum unterhalb des Kessels 2 angeordneten Gasausdehnungsgefäß 4. Wie bereits angedeutet wurde, kann das Gasausdehnungsgefäß 4 mit einem Traggerüst ausgestattet sein, das eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit bereitstellt, um das Gasausdehnungsgefäß 4 an dem Kessel 2 zu halten.At the in FIG. 3 shown variant of the transformer 1 as an electrical device 1, the liquid expansion vessel 10 is formed within the vessel 2. In other words, the boiler 2 is not completely filled with insulating liquid, but it is located within the boiler 2 filled with an inert gas upper gas space, which is filled with the inert gas, here dry nitrogen. The density of the gas is less than the density of the insulating liquid. Thus, the gas cushion forms over the insulating liquid. The level of the insulating liquid in the boiler 2 is dimensioned as a function of the internal volume of the boiler 2 so that even at minimum operating temperature, the windings are completely surrounded by the insulating liquid. With increasing temperatures and the upper portion of the boiler 2 is filled due to the volume expansion gradually with insulating liquid. At the maximum permissible operating temperature, the gas is completely displaced from the boiler 2 and has passed completely through the connecting line 5 into the arranged below the boiler 2 gas expansion vessel 4. The connecting line 5 extends here from the tank lid directly, so without the interposition of a liquid expansion vessel, arranged below the boiler 2 gas expansion vessel 4. As already indicated, the gas expansion vessel 4 may be equipped with a support frame, which has a sufficiently high mechanical strength to hold the gas expansion vessel 4 to the boiler 2.

Claims (10)

Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit - einem magnetisierbaren Kern, - wenigstens einer Wicklung, die einen Abschnitt des Kerns umgibt, - einem hermetisch abgeschlossenen gasdichten Kessel (2), in dem der Kern und die Wicklung angeordnet sind, wobei der Kessel (2) mit einer Isolierflüssigkeit und einem inerten Gas befüllt ist, und - einem Ausdehnungsvolumen zum Ausgleich von temperaturbedingten Druck- und Volumenschwankungen, dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausdehnungsvolumen ein Gasausdehnungsgefäß (4) zum Ausgleich von Druckschwankungen des Gases und ein Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufweist, wobei das Gasausdehnungsgefäß (4) unterhalb des Kessels (2) angeordnet ist.Electrical device (1) for connection to a high voltage network with a magnetizable core, at least one winding surrounding a portion of the core, - A hermetically sealed gas-tight boiler (2), in which the core and the winding are arranged, wherein the boiler (2) is filled with an insulating liquid and an inert gas, and - an expansion volume to compensate for temperature-related pressure and volume fluctuations, characterized in that
the expansion volume comprises a gas expansion vessel (4) to compensate for pressure fluctuations of the gas and a liquid expansion vessel (10) for compensating temperature-induced volume fluctuations of the insulating liquid, wherein the gas expansion vessel (4) below the vessel (2) is arranged. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gasausdehnungsgefäß ein Traggerüst aufweist, wobei der Kessel (2) mit dem Traggerüst verbunden ist.Electrical device (1) according to claim 1,
characterized in that
the gas expansion tank has a support frame, wherein the boiler (2) is connected to the support frame. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Innenraum des Kessels (2) und das Gasausdehnungsgefäß (4) über eine Verbindungsleitung (5) miteinander verbunden sind.Electrical device (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the interior of the boiler (2) and the gas expansion vessel (4) via a connecting line (5) are interconnected. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsleitung (5) einen von dem Kessel (2) aufsteigenden Steigabschnitt (6) und einen zum Gasausdehnungsgefäß (4) herabführenden Fallabschnitt (8) aufweist, die über einen Umlenkabschnitt (7) miteinander verbunden sind, wobei das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) in dem Steigabschnitt (6) angeordnet ist.Electrical device (1) according to claim 3,
characterized in that
the connection line (5) has a riser section (6) ascending from the boiler (2) and a drop section (8) leading down to the gas expansion vessel (4), which are connected to one another via a deflection section (7) Liquid expansion vessel (10) in the riser section (6) is arranged. Elektrisches Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der obere Bereich des Kesselinnenraumes (2) das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) ausbildet.Electrical device (1) according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the upper area of the boiler interior (2) forms the liquid expansion vessel (10). Elektrisches Gerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) von einem Kesseldeckel (9) des Kessels (2) aufragt, wobei der Innenraum des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes (10) mit dem Innenraum des Kessels (2) verbunden ist und sich die Verbindungsleitung (5) von dem Flüssigkeitsausdehnungsgefäß (10) zum Gasausdehnungsgefäß (4) erstreckt.Electrical device (1) according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the liquid expansion vessel (10) from a vessel lid (9) of the boiler (2) rises, wherein the interior of the liquid expansion vessel (10) with the interior of the boiler (2) is connected and the connecting line (5) from the liquid expansion vessel (10) for Gas expansion vessel (4) extends. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Innenvolumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes (10) kleiner ist als das Innenvolumen Vg des Gasausdehnungsgefäßes (4).Electrical device (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
Inner volume V fl of the liquid expansion vessel (10) is smaller than the inner volume Vg of the gas expansion vessel (4). Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
Innenvolumen Vg des Gasausdehnungsgefäßes (4) wenigsten zehnmal so groß ist wie das Innenvolumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes (10).Electrical device (1) according to claim 7,
characterized in that
Inner volume Vg of the gas expansion vessel (4) is at least ten times as large as the inner volume V fl of the liquid expansion vessel (10). Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Innenvolumen Vfl des Flüssigkeitsausdehnungsgefäßes (10) so bemessen ist, dass es erst bei Erreichen einer maximal zulässigen Betriebstemperatur des elektrischen Geräts (1) vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt ist.Electrical device (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the internal volume V fl of the liquid expansion vessel (10) is dimensioned so that it is completely filled with insulating liquid only when a maximum permissible operating temperature of the electrical device (1) is reached. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Anschluss (3) zum Anschluss des Hochspannungsnetzes vorgesehen ist, wobei der Anschluss (3) in einer Seitenansicht den Kesseldeckel (9) überragt.Electrical device (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
a connection (3) is provided for connecting the high-voltage network, the connection (3) projecting beyond the vessel lid (9) in a side view.
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