JP5337038B2 - 電気変圧器の構成要素の破裂の防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、所与の量の流体、特に可燃性流体により冷却される電気変圧器の構成要素の破裂の防止分野に関する。

電力変圧器は、巻線とコアの両方において損失を生じるので、生じた熱の放散が必要である。したがって、大電力変圧器は、一般に、流体、例えば油によって冷却される。用いられる油は、誘電性であり、約１４０℃の温度を超えると着火しやすい。変圧器は非常に費用のかかる要素なので、かかる変圧器の保護あたっては綿密な注意が必要である。

当初、絶縁欠陥が強力な電弧（電気アーク）を発生させ、かかる電気アークは電気保護システムを作動させ、この電気保護システムは変圧器の電力供給セルをトリップさせる（回路遮断器）。また、アークにより、エネルギーの相当な拡散が生じ、それにより誘電油が分解してガス、特に水素及びアセチレンが遊離する。

ガスの遊離に続き、変圧器タンク内の圧力が非常に急速に高くなり、それによりしばしば非常に激しい爆発が生じる。爆発により、変圧器タンクの機械的リンク（ボルト、溶接部）の相当激しい破裂が生じ、それによりガスが周囲空気の酸素と接触する。アセチレンは酸素の存在において自己可燃性（自己引火性）なので、火災がすぐに発生し、これ又多量の可燃性物品を収容している可能性のある現場の他のユニットまで伝わる。

爆発（破裂）は、過負荷、サージ電圧、絶縁体の漸進的損傷、油の低レベル、水若しくはかびの出現又は絶縁部品の破損に起因して生じる絶縁故障によるものである。

先行技術文献は、火災検知器によって作動される電気変圧器用の消火設備を記載している。これら消火設備は、変圧器油が既に燃えているときに作動される。したがって、火災を問題の機器に制限し、火災が隣りの設備に伝わるのを阻止すれば十分であると考えられていた。

電気アークに起因する誘電流体の分解を遅くするため、従来型鉱油に代えてシリコーン油を使用することができる。しかしながら、内部圧力の増大に起因する変圧器タンクの破裂は、極めて短い時間、例えば数ミリ秒にわたり遅延されるに過ぎない。それ故、タンクの破裂は、避けられない。

国際公開第９７／１２３７９号パンフレットは、可燃性冷却用流体を収容しているタンクを備えた電気変圧器内での爆発及び火災を阻止する方法であって、圧力センサにより変圧器の電気絶縁体の破裂を検出し、弁を用いてタンク内に存在する冷却用流体を減圧し、加圧不活性ガスをタンク底部中に注入して冷却用流体を攪拌すると共に酸素が変圧器タンク内に流入するのを阻止することによって冷却用流体の高温部分を冷却する方法を教示している。この方法は、満足の行くものであり、変圧器タンクの破裂を回避するのに役立つ。

国際公開第００／５７４３８号パンフレットは、電気変圧器の破裂防止装置用の急速開放破裂要素を記載している。

フィリップ・マグナイヤー（Philippe Magnier）の未公開の米国特許出願第１１／４７３，３３９号明細書は、圧力解放要素を通過した流体を極めて急速に減圧してこれを気密封止リザーバ内に収容することができる防止装置を記載している。このリザーバは、ガスポンプ及び補助リザーバに連結可能な出口ラインを備えるのが良い。

本出願人は、この種の予防装置は、狭い領域内に配置された変圧器や、予防装置のコストを減少させなければならない低電力変圧器に対しては欠点があるということを発見した。

本発明の目的は、これら欠点を解決することにある。

圧力解放要素を通過した流体の容易な除去を可能にする減少した使用空間向けの予防装置が提案される。

可燃性冷却用流体を収容しているタンクを備えた電気変圧器の構成要素の破裂を防止又は予防する装置であって、タンクの出口に設けられ且つタンクを減圧する圧力解放要素と、圧力解放要素の下流側に配置され且つ圧力解放要素の破裂時に扁平状態から膨張状態に変化する袋とを有することを特徴とする装置が提供される。袋は、圧力解放要素を通過した流体を閉じ込める。袋の形状は、減少した且つ／或いは複雑な形状をした使用空間に合わせて設定できると共に／或いはかかる使用空間に適合可能である。袋の重量は、軽いのが良く、その結果、袋は、扁平状態で又は膨張状態、本質的にはガスで膨張された状態で１人又は２人のオペレータによって取り扱い可能である。

この予防装置は、圧力解放要素を通過した流体をラインにより開放空気に除去することが、坑道の大きさ、必要なラインの長さ、ライン中の圧力降下及びラインの損傷のリスクに起因して非常に困難であるような、鉱山の坑道内に設置された変圧器に適している。圧力解放要素の破裂後、袋を圧力解放要素から隔離して閉鎖することができ、次に、手で又は機械を使って坑道の外部に運び出すことができ、流体は、次に、かかる坑道の外部で適当な処理を受けることができる。

これら利点は、ダムの底部に配置される場合が多い水力発電所の地下又はコンクリート製坑道内に設置された変圧器又はガス及び／又は可燃性液体を集める追加のラインの存在が望ましくないトンネル、例えば道路又は鉄道トンネル内に設置される変圧器の場合にも利用できる。これは、特に、電気牽引ネットワークの電源変圧器に当てはまる。

予防装置は、有利には、建物、例えば使用可能空間がそのコストに起因して狭く、可燃性物品を収容するための追加のラインの存在が望ましくない、非常に高い塔の基礎内に設置される変圧器要素に利用できる。

予防装置は、埋設変圧器要素に据え付け可能である。かかる変圧器は、一般に、変圧キュービクル、例えば公共スペース、例えば街路内に設置されるコンクリート製シェルタ内に設置され、密閉セメントスラブで覆われる。この場合、使用可能空間は、コンクリート製シェルタのコンパクトさ及びオペレータが保守又は交換作業のために設備に出入りすることができるのに十分なスペースを残す必要性に起因して、特に狭い。初期状態では、袋は、極めて小さな容積を占める。圧力解放要素の破裂後、袋は、大きな容積を占めるが、スラブの除去後、コンクリート製シェルタから取り出し可能である。取っ手又は取り扱いリングを設けるのが良い。すると、オペレータは、アクセスのためのスペースが十分なので恩恵を受けることができる。かくして、コンクリート製シェルタと変圧器との間に使用可能な狭い空間は、通常、オペレータの出入りに役立ち、トリップの場合、圧力解放要素を通過した流体を袋の中に集めるのに役立つ。

予防装置は、ポールによって支持された変圧器要素にも取り付け可能である。このような形式の変圧器の破裂又は爆発は、特に市街地区域では近隣にとって極めて危険であることが分かっている。予防装置の据え付けは、極めて望ましい。しかしながら、美観上の理由で、又、ポールの機械的強度に起因して、予防装置は、変圧器の通常の動作状態では小さな体積を占めなければならずしかも軽量でなければならない。初期状態では、袋は、数リットルから数十リットルの容積を占める場合があり、膨張状態では、トリップ後、数百リットルから数ｍ³の容積を占める場合がある。さらに、袋の膨張は、外部から目に見え、変圧器の誤動作の警告のための一手段となっている。かかる警告は、低電力変圧器の場合である局所又は遠隔監視の対象ではない変圧器にとって有利である。

一実施形態では、袋は、ガス密である。

一実施形態では、袋は、伸長に関して剛性である。袋は、ガス密層及び例えば繊維、特にアラミド繊維を利用した伸長に耐える層を有するのが良い。

別の実施形態では、袋は、伸長に関して柔軟性がある。

一実施形態では、袋は、一般に、膨張状態では平行六面体の形をしている。袋は又、膨張状態では丸形縁部を備えた形状又は略円錐形の形をしていても良い。

一実施形態では、本装置は、圧力解放要素の下流側に設けられた曲がりラインを有する。曲がりラインは、４５°〜１８０°の範囲（これら両端を含む）、好ましくは９０°以上の角度を有するのが良い。曲がりラインは、タンクの上壁、例えば蓋に設けられた開口部に連結されるのが良く、かかる曲がりラインにより、袋は、膨張中、下方に延びることができ、この場合、相当多量の液体が袋の中に集められ、液体がその自重により袋の底部に落下する傾向があるということに起因して、膨張を困難にする場合のある過度の折れ曲がりは生じない。曲がりラインは又、袋と圧力解放要素との間のリンクに及ぼされる機械的な荷重を制限するのにも役立つ。

一実施形態では、本装置は、袋の上流側に設けられた可撓性ホースを有する。可撓性ホースは、袋の位置を種々の形式の変圧器及び変圧器環境に適合させるのに役立つ。可撓性ホースを曲がりラインと袋との間に設けるのが良い。可撓性ホースは、圧潰のリスクを減少させるためにリング付きの形状を有するのが良い。可撓性ホースを例えばポリエチレン、ポリプロピレン等を主成分とする合成材料で作るのが良い。

一実施形態では、本装置は、可撓性ホースの下流側に設けられた曲がりラインを有する。弁を袋と一体の状態で曲がりラインと袋との間に設けるのが良い。かくして、弁を袋の膨張後で、且つ袋を予防装置の他の構成要素から分離する前に閉鎖することができる。クイック継手を袋と一体の状態で袋の上流側に配置するのが良い。

一実施形態では、本装置は、圧力解放要素の下流側に不活性ガスを導入するチャネルを有する。それにより、袋の膨張後で且つ取り出し前に、不活性ガスを注入して、変圧器構成要素の上側部分、圧力解放要素内、及び任意の中間構成要素内の可燃性ガスを追い出してその割合を著しく減少させることができる。

一実施形態では、袋は、ロック可能な出口オリフィスを有する。このオリフィスは、袋の初期状態及び膨張状態ではロックされ、予防装置の他の構成要素からの袋の分離後にはかかるオリフィスを開いて袋を空にすることができる。それにより、袋の中身を例えばその目的で設けられた受け器内に出すことができる。

本装置は、圧力解放要素と袋との間に設けられたリザーバを有してもよい。リザーバは、小さな容積を有するのが良い。リザーバは、不活性ガスによる排出手段を備えるのが良い。 一実施形態では、本装置は、圧力解放要素の下流側に設けられた減圧チャンバを有する。減圧チャンバは、下流側に設けられた構成要素に及ぼされる圧力を減少させるのに役立ち、それにより軽量の構成要素を用いる可能性が得られる。

一実施形態では、タンクの出口は、タンクの底壁に設けられ、袋は、タンクの下に配置されている。

一実施形態では、タンクの出口は、タンクの上壁に設けられ、袋は、タンクの上方に配置されている。

一実施形態では、袋は、膨張状態ではタンクの隣りに配置される。

一実施形態では、袋は初期状態ではタンクの隣りに配置される。

一実施形態では、袋は、少なくとも部分的に支持体から吊り下げられている。支持体は、垂直壁に固定されたブラケット又は天井に固定されたリングを有するのが良い。かかる袋は、膨張に対する抵抗が非常に小さい。

一実施形態では、本装置は、少なくとも袋の下に配置された噴出防止保護手段を有する。噴出防止保護手段も又、側方に位置するのが良い。

一実施形態では、本装置は、少なくとも２つのシェル備えたケースを有する。ケースは、扁平状態の袋のための輸送及び保護ハウジングを形成し、膨張状態の袋のための支持体を形成する。シェルは、扁平状態から膨張状態への変化中、互いに離れるよう構成されている。上側シェルは、袋と天井又は上方に位置する障害物との考えられる接触中、噴出防止保護手段となることができる。下側シェルは、床に対する噴出防止保護手段となることができる。ケースは、シェル分離検出器を備えるのが良い。検出器は、警告伝送要素に接続されるのが良い。ケースは、シェルを固定するための電気式ロックを備えるのが良い。

可燃性冷却用流体を収容しているタンクを備えた電気変圧器の構成要素の破裂を防止する方法は、次のステップを有する。

タンクをタンクの出口に設けられた圧力解放要素によって減圧する。圧力解放要素の下流側に設けられた袋を膨張させ、袋は、扁平状態から膨張状態に変化し、圧力解放要素を通過した流体を閉じ込める。

別の観点によれば、可燃性冷却用流体を収容したタンクを備える電気変圧器構成要素の破裂を防止する装置は、タンクの出口に設けられ且つタンクを減圧する圧力解放要素と、２つのシェルを備えると共に初期状態ではシェル内に配置される袋を備えた容器とを有する。袋は、圧力解放要素の下流側に配置されていて、圧力解放要素の破裂時に初期状態から膨張状態に移るよう設計されており、それにより、シェルの分離を生じさせると共に圧力解放要素を通過した流体を閉じ込める。

有利には、圧力解放要素は、上流側部分と下流側部分との間の差圧しきい値を超えると壊れるよう構成されている。

一実施形態では、電気変圧器構成要素は、電気変圧器本体である。

別の実施形態では、電気変圧器構成要素は、フィードスルーである。

別の実施形態では、電気変圧器構成要素は、負荷調整装置である。

一実施形態では、圧力解放要素は、有孔剛性ディスク及びダイヤフラムシールを有する。圧力解放要素は、割り型ディスクを更に有するのが良い。ディスクは、流体の流れ方向に凸であるのが良い。割り型ディスクは、実質的に半径方向のスリットによって互いに分離された複数個の花弁状部材から成るのが良い。花弁状部材は、ディスクの環状部分に連結され、内部圧力よりも高い変圧器タンクの外部圧力に耐えるようロックブラケットを介して互いに当接している。有孔剛性ディスクは、ディスクの中央の近くに配置されていて、半径方向スリットが延びる起点としての複数個の貫通穴を備えるのが良い。

ダイヤフラムシールは、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする薄膜から成るのが良い。割り型ディスクは、半径方向のスラスト中、互いに当接することができる複数の部分を有するのが良い。

一実施形態では、圧力解放要素は、ダイヤフラムシールを保護するディスクを更に有し、このディスクは、あらかじめ裁断された薄いシートから成る。保護ディスクは、ダイヤフラムシールよりも厚手のポリテトラフルオロエチレンシートで作られるのが良い。切欠きは、円の一部の形態をしているのが良い。有孔剛性ディスクは、互いに別々の複数個の半径方向スリットを有するのが良い。

一実施形態では、本装置は、複数個の変圧器構成要素に連結されるよう設けられた複数個の圧力解放要素を有する。それにより、単一の袋が、複数個の変圧器構成要素、例えば変圧器本体タンク、同変圧器又は複数個の変圧器のフィードスルー及び負荷調整装置の破裂を阻止するのに役立ち得る。

本装置は、圧力解放要素に組み込まれていて、あらかじめ規定された圧力解放天井に対するタンクの圧力を検出する破裂検出手段を有するのが良い。破裂検出手段は、圧力解放要素と同時期に切れる電線から成るのが良い。電線は、好ましくは流体と反対の側で圧力解放要素に接合されるのが良い。電線は、保護膜で覆われるのが良い。

予防装置は、変圧器の主タンク、１つ又は複数の負荷調整装置のタンク及び電気フィードスルータンクに適しており、後者のタンクは、「オイルボックス」とも呼ばれる。電気フィードスルーは、変圧器の主タンクを、変圧器巻線が出力導体を介して接続された高電圧及び低電圧ラインから隔離する役割を有する。出力導体は、或る量の絶縁流体を収容したオイルボックスによって包囲されるのが良い。フィードスルー及び／又はオイルボックスは、一般に、流体に関して変圧器タンクとは無関係である。

予防装置は、変圧器電源セルのトリップを検出する手段と、変圧器センサ手段によって送られた信号を受け取り、制御信号を送ることができる制御キャビネットとを備えるのが良い。

本発明は、軽量且つ小形サイズの変圧器構成要素のタンクの破裂を阻止し、他方、例えばポールで支持された小電力変圧器及び例えば列車の電源用の中電力変圧器又は超大電力変圧器の両方に適した装置の利点を提供することができる。

本発明は、非限定的な例として用いられ、添付の図面に記載された多くの実施形態についての詳細な説明の検討から良好に理解されよう。

一実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 図５の防火装置を配備状態で示す図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 別の実施形態としての防火装置を備えた変圧器の略図である。 破裂要素の断面図である。 図９の拡大部分図である。 図９に対応した平面図である。 図９に対応した底面図である。

図１で理解できるように、変圧器１は、脚部４を介してフロア３上に載っているタンク２を有し、この変圧器には、フィードスルー６によって包囲された電気ライン５によって電力が供給される。タンク２は、本体２ａ及び蓋２ｂを有する。

タンク２は、冷却用流体７、例えば誘電油で満たされている。ここに援用する米国特許出願第１１／４７３，３３９号明細書に示されているように、タンク２内における冷却用流体７の一定レベルを補償するため、変圧器１は、ラインを介してタンクと連通した補助リザーバを備えるのが良い。タンクは、自動逆止弁を備えるのが良く、この逆止弁は、これが流体の迅速な運動を検出すると、ラインを遮断する。かくして、タンク２の減圧中、ライン内の圧力は、突然下がると、それにより自動逆止弁の遮断によって迅速に止められる流体の初期流れが生じる。これは、補助リザーバ内に入っている流体７が流出するのを阻止する。

変圧器１は、コンクリート製のシェルタ８内に設置されており、このシェルタは、これ又コンクリート製のフロア３及び垂直壁を有し、それにより、例えばコンクリート製のスラブ９によって密閉された空間１０が形成され、スラブには、マンホール９ａが設けられている。かくして、変圧器１は、予防装置１１も又収納された密閉空間内に設置される。

予防装置１１は、変圧器タンク２の蓋２ｂに設けられた孔にライン１３の短い部分によって連結された手動又は電動式弁１２と、図９〜図１２に詳細に示された圧力解放要素１４と、圧力解放要素１４の下流側に設けられた弁１５と、例えば鋼で作られていて、実質的に１８０°に等しい角度をなしてエルボを形成すると共に下流側が先細の切頭円錐形部分１６ａ及びフランジ１６ｂで終端した剛性ライン１６とを有している。変形例として、弁１２に代えてフランジを用いても良い。変形例として、弁１５に代えてフランジを用いても良い。曲がりライン１６は、圧力解放要素１６の破裂時に、これを通過した流体に対して極めて低い圧力降下をもたらし、それによりタンク２内に生じている圧力を非常に急激且つ非常に急速に減少させるのに役立つ減圧チャンバを形成している。予防装置１１は、曲がりライン１６の下流側に設けられたフランジ１６ｂに連結されたフランジ１７ａ及び下流側のフランジ１７ｂを備えた可撓性ホース１７と、膨張可能な袋１８とを更に備え、膨張可能な袋１８は、フランジ１７ｂに固定されたフランジ１８ａによる接続部で、可撓性ホース１７に連結されたオリフィスを備えている。

可撓性ホース１７は、このライン１７の圧潰及びその結果としての閉塞の恐れを減少させるようリング付きであるのが良い。可撓性ホース１７は、有利には、オプションとして充填材で補強された例えばポリエチレン又はポリプロピレンを主成分とする合成材料で作られる。

膨張可能な袋１８は、図１では、初期の膨張状態で示されている。膨張可能な袋１８は、初期状態では、僅かな量の空気又は不活性ガスを収容するのが良く、この袋は、いかなる引き裂き又は閉塞の恐れが生じない状態で極めて急速な膨張を行うことができるよう折り畳まれている。膨張可能な袋１８は、合成材料、必要ならば、ガス密の、例えばアセチレン及び水素に対してガス密の内側層と、少なくとも１つの機械的に強い外側層とを備えた多層材料から成るのが良い。膨張状態では袋１８の形状を定める第１の高引っ張り強さ外側層及び膨張中、袋の当たる物体による穴あけの恐れを減少させるための第２の耐有効性外側層を設けるのが良い。

膨張可能な袋１８は、膨張可能な袋１８の収縮及び排出のためのリザーバに取り外し可能に連結可能なドレン弁１９を備えるのが良い。袋１８は、種々の状況に適合可能であり、初期状態ではコンパクトであって汎用的であり、軽量且つ経済的であって機械的に可撓性の流体閉じ込め手段を形成する。ドレンパイプ１９ａを弁１９の下流側に設けるのが良い（図２参照）。

オプションとして、図１に示されているように、予防装置１１は、図１に示す初期位置では、互いに上下に位置し、初期位置では閉じられた膨張可能な袋１８の膨張中、互いに離れることができる上側シェル２０ａ及び下側シェル２０ｂを備えたケース２０を有している。ケース２０は、袋１８の容易な取り扱いを提供する一方で、変
形を回避すると共に偶発的な孔あけ又ははさみ潰しの恐れを減少させる。明らかなこととして、ケース２０は、その移動及び変圧器１に隣接したフロア３上の位置決めを容易にするよう、取っ手、車輪、リング又は運搬用フックを備えてもよい。下側シェル２０ｂは、フロアからの保護、特に例えばフロア３から突き出たコンクリート製補強材による孔あけ、又はフロア３上に存在する場合の任意の尖った要素に対する保護手段となる。下側シェル２０ｂは又、水又は液体がフロア３上に偶発的に存在している場合にも膨張可能な袋１８を保護する。上側シェル２０ａは、下側シェル２０ｂと同一であるのが良く、或いは、変形例としてこれよりも軽量構造のものであっても良く、かかる上側シェルは、膨張中、袋と接触状態のままであり、それにより袋の膨張中に遭遇する要素、例えば、シェルタ８の側壁のうちの一方との摩擦又は擦れに対して保護を提供するように、袋の上側部分に固定されるのが良い。

予防装置は、図１に示すような変圧器の通常の動作状態では、袋１８が初期状態にある状態を保つ。弁１２，１５は、開いている。圧力解放要素１４は、元のままであり閉じられている。圧力が変圧器１のタンク２内の圧力解放要素１４の破断圧力しきい値を超えると、圧力解放要素１４は、破裂し、それによりタンク２内に存在する流体のための通路を提供する。この流体は、曲がりライン１６内で広がって流れ、それにより先ず最初にタンク２を減圧し、次に、可撓性ホース内を流れ、そして膨張可能な袋１８内に流れる。膨張可能な袋１８は、かなり大きな最終状態では最終的な容積を占めるよう流体で次第に満たされ、膨張状態における膨張可能な袋１８の高さは、場合によっては、空間１０の全高に近い。膨張可能な袋１８は、それにより変圧器１のタンク２に対して相当大きな膨張容積を提供する。この容積は、電力が０．１〜２０ＭＶＡの変圧器では約１〜２ｍ³であり、１０〜１００ＭＶＡの場合には約２〜４ｍ³であり、５０〜１０００ＭＶＡの場合には約４〜９ｍ³であるのが良い。

膨張中、膨張可能な袋１８に流入する流体は、ガスの発生を引き起こした変圧器の欠陥で決まり、それ故に予測できない比率の液体及びガスを含む。変圧器１のタンク２内でのガスの発生が終わると、膨張可能な袋１８は、多かれ少なかれ膨張状態にある。次に、変圧器１を数分間又は数時間休止状態のままにし、それにより温度が下がって一様になることができるようにすることが推奨される。次に、例えば弁１２，１５を閉鎖し、これらの連結部から分離することにより予防装置１１を変圧器１から分離する。

また、フランジ１７ｂ，１８ａを閉塞することが可能であり、フランジ１８ａは、弁を備えている。この場合、先ず最初に弁１３を閉鎖し、次に例えば窒素シリンダに連結可能な注入管２１及び／又はタンク２の底部に設けられた弁５６により、弁１３の下流側から不活性ガス、例えば窒素でフラッシングすることが推奨され、弁５６は、不活性ガス源に連結可能なクイック継手３２を備えたライン３１に連結される。それにより、可燃性ガスが曲がりライン１６及び可撓性ホース１７から排出され、次に袋１８を入口フランジ１８ａのところで閉じることができる。次に、袋１８を膨張状態で変圧器から開放空気中に迅速且つ容易に運び出すことができる。いったん開放空気中に位置すると、袋内に存在しているガスを放出することが可能であり、かかるガスは、オペレータをもはや中毒させる恐れが無く、また、適当な設備において再生処理又は分解できるよう液相を回収することが可能である。変形例として、膨張可能な袋１８内に存在しているガスを分解し又は再生処理することも可能である。

図２に示す実施形態は、図１に示す実施形態とほぼ同じであり、差異は、曲がりライン１６が先細部分を備えていないということにある。袋１８は、曲がりライン１６の下流側オリフィスに固定されていて、膨張中、下方に展開するようになっている。細い線は、それぞれ参照符号１８１，１８２，１８３で示された袋１８の３つの連続膨張位置を示している。膨張可能な袋１８は、その最終状態１８３では、フロア３上に載る。液体が袋１８内に存在している場合、塊をなした液体は、フロア３上に載り、袋１８と曲がりライン１６との間の連結部、例えばフランジ上には位置しない。これは、大きな機械的荷重が曲がりライン１６に加わるのを阻止し、それによりかかる荷重が伝達される機械的部分の負担を軽くすることができる。

明らかなこととして、連続状態１８１，１８２，１８３の袋の形状は、ここでは一例として与えられている。電力変圧器欠陥が軽度の場合、膨張可能な袋内に存在する流体の量は、比較的僅かである場合があり、膨張は、中間状態１８１で停止する場合がある。同等の流体の量では、流体中の液体の割合が高いと、袋の底部を流れに向かって引きずる傾向がある。電力変圧器欠陥が重度であるが、変圧器タンクの上方部分で生じると、液体の割合が低い状態の大量の流体を生じさせる傾向があり、袋１８の強力な膨張が生じ、袋は、状態１８３とは極めて異なることが分かった形状となる。

図３に示す実施形態は、図２に示す実施形態とほぼ同じであり、差異は、曲がりライン１６が約９０°の角度を有していることにある。袋１８は、曲がりライン１６の出口オリフィスに連結され、この出口オリフィスは、実質的に水平の又は僅かに下方に傾斜した軸線を備えている。膨張中、膨張可能な袋１８は、出口オリフィスの軸線に沿って伸長し始め、次にこの袋の中に存在する液体の質量の影響を受けて下方に変形する。

図４に示す実施形態は、図１に示す実施形態とほぼ同じであり、差異は、可撓性ホース１７の底端部がライン２２の入口オリフィスに連結されていることにある。ライン２２は、剛性であるのが良く、例えば鋼で作られ、その出口オリフィスが上方に差し向けられるよう曲げられている。ライン２２は、支持体２３を介して床３に載ることができる。袋１８は、ライン２２の出口オリフィスに取り付けられている。ライン２２及びフロア３とそれぞれ一体のフランジ２４，２５が、この目的のために設けられるのが良い。また、フランジ２４，２５の間に弁２６を設けるのが良い。フランジ２５と反対側の袋の端部は、頂部で、シェルタ８の垂直壁に固定された支持体２７、例えばブラケットによって締結されている。この変形例は、変圧器１にアクセスするのにスラブ９を取り外さなければならない場合に有利である。接近を側方に行うことができる場合、支持体２７を蓋９内に固定するのが良い。袋１８は、支持体２７に設けられた引っ掛け部分２８、例えばリングを備えるのが良い。袋１８は、図３では膨張状態で示されている。初期状態では、袋１８は、フランジ２５によって形成されたその入口端部と引っ掛け部分２８との間に伸長されている。これにより、袋１８を膨張させるのが特に容易になると共に先の実施形態の場合よりも生じる圧力降下が一層低くなる。さらに、袋１８は、２つの端部で適切に固定され、これが膨張時に取る形状は、より良好に制御される。この実施形態は、袋１８の膨張によって妨害されてはならない脆い機器の近くに袋を配置しなければならない場合に特に有利である。

図５に示す実施形態は、図２に示す実施形態とほぼ同じであり、差異は、予防装置に曲がりラインが設けられていないということにある。真っ直ぐなライン２９の短い一部分が、フランジ１５の下流側に配置されている。バスケット３０が、袋１８を支持するために真っ直ぐなライン２９周りに設けられている。バスケット３０は、不活性ガス注入チャネル２１の僅かに下流側で且つこの上方でライン２９周りに位置した環状底部を有している。バスケット３０は、ライン２９を越えて延びると共に、膨張中、袋１８の拡張を、変圧器２の上壁２ｂの外部に且つフィードスルー６の反対側に差し向けるよう僅かに湾曲した上端部を有している。

膨張可能な袋１８は、図５では、ひだ付き状態で示されており、ライン２９の自由端部に固定された一端部と、フランジ１５の近くでライン２９内に取り付けられた反対側の端部とを有している。膨張可能な袋１８は、初期状態では、ライン２９とバスケット３０との間に存在する空間内に位置する多くのひだを有している。膨張中、圧力解放要素１４の破裂後、袋１８の端部は、ライン２９の内部から追い出され、次に、バスケット３０の外部に押され、それによりライン２９の外部でバスケット３０の環状空間内に位置している袋１８のひだが漸次拡開する。バスケット３０の上端部の傾斜により、膨張時における袋１８の展開は、変圧器の上面の外部に差し向けられ、その結果、膨張可能な袋１８は、膨張状態では、変圧器１に隣接してフロア上に載ることができるようになる。

さらに、変圧器１のタンク２は、不活性ガス注入ライン３１を備えており、この不活性ガス注入ラインは、不活性ガスをタンク２の底部内に放出し、その反対側の端部に、不活性ガス３３、例えば窒素のシリンダに連結可能なクイック継手を備えており、この不活性ガスシリンダは、これ又補完的なクイック継手３４を備えている。

図６に示す実施形態は、図５の実施形態とほぼ同じであり、差異は、袋１８が上述のようにライン２９の自由端部にではなく、バスケット３０の底部のすぐ隣りでライン２９に固定されているということにある。膨張可能な袋１８は、膨張中の状態で示されている。袋１８の主容積部は、変圧器１の垂直線の既に外側に位置していることが観察できる。

図７に示す実施形態は、図５及び図６に示す実施形態とほぼ同じであり、差異は、変圧器１が、フロアに固定された支持体３５、例えばポール３６又は塔及びポール３６に載っており、ブラケット３７がポール３６から張り出しているということにある。したがって、変圧器１は、地面よりも高く、一般に、３〜１０メートルの高さに配置される。圧力解放要素１４は、下向きの軸線に沿って変圧器１のタンク２の底部２ｃに設けられた孔内に設置されている。圧力解放要素１４の破断圧力は、タンク内に存在する流体によって及ぼされる圧力を考慮に入れて較正される。膨張可能な袋１８は、圧力解放要素１４の下流側でこれに近接して配置され、下向きの拡張を伴って膨張可能に設けられている。

この実施形態は、運用費が極めて低く、膨張可能な袋１８の膨張が外部から見えて特に簡単な目視検査が可能であるという利点を有している。膨張可能な袋１８は、一般に電気的故障に起因する過剰圧力の場合にタンク２内に存在する流体を集めるという機能と、かかる電気的故障を表示する機能の二重機能を果たす。袋１８の壁の機械的強度は又、袋１８がタンク２への締結によって重量に耐えなければならない場合、袋１８が主として液体で満たされる限り、他の実施形態の場合よりも高いことが意図されている。

図８に示す実施形態では、変圧器１は、追加の安全性をもたらす火災検知器４０と、特に軽度の電力変圧器欠陥のため及び拡張の場合に追加の減圧をもたらす圧力解放弁４１とを更に備えている。圧力解放要素１４は、実質的に水平の軸線を持つライン１３内に配置されると共に変圧器の垂直壁にその上端部の近くで取り付けられている。

減圧チャンバ４２が、破裂ディスク１４の下流側でこれからほんの短い距離を置いたところに設けられており、この減圧チャンバは、特に低い圧力降下をもたらすと共に変圧器１のタンク２内の圧力の急減を可能にするように、大きな内径を有している。減圧チャンバ４２は、圧力解放要素１４の直径よりも大きな直径を有している。大きな容積、例えば１〜１６ｍ³の容積を持つ収集リザーバ４３が、減圧チャンバ４２の直径よりも小さな直径を持つライン４４によって減圧チャンバ４２の下流側に連結されている。リザーバ４３は、剛性のものであり、例えば、板金で作られ、このリザーバは、圧力解放弁４１とほぼ同じ圧力解放弁４５を備えるのが良い。

図５に示す実施形態の場合と同
様、変圧器１のタンク２は、手動又は電動式の弁５６を備えた固定ライン３１によって不活性ガスシリンダ３３に連結されている。弁５６は、手動式であっても良く、本出願人は、空気中の酸素の存在下において自己可燃性であるガス、例えば水素又はアセチレンを追い出すために圧力要素１４のトリップ後に窒素を長時間にわたって注入するのが良いということを発見した。変圧器１のタンク２内の不活性ガスを追い出すための弁５６の開放は、破裂要素１４のトリップ後、数時間又は数日間にもわたって実施するのが良い。もう１つの利点は、変圧器及び流体の温度がこの場合、実質的に周囲温度まで下がり、周囲空気との偶発的な接触の場合に着火の恐れを減少させると共にオペレータの火傷の恐れを減少させるということにある。予防装置１１は、ライン４７によってリザーバ４３に連結されていて、リザーバ４３内に存在する可燃性ガスを追い出す別の不活性ガスシリンダ４６を有する。

リザーバ４３の下流側に、ライン４８が設けられており、このラインは、手動又は電動式の弁４９及び圧力計５０を備えており、クイックコネクタ５１を介して図１に示されている形式と同一形式の膨張可能な袋１８内で終端している。

圧力解放要素１４のトリップ時、変圧器１の電気的故障に続き、タンク２内の圧力が下がる。ガス及び／又は液体のジェットが、圧力解放要素１４を通過し、減圧チャンバ４２内に広がり、次に、収集リザーバ４３に向かってライン４４内に流れる。通常の作動条件では、弁５２は、開いている。

圧力解放要素１４のトリップ後、不活性ガスが、変圧器１のタンク２の底部をフラッシングするために注入される。誘電油の分解に起因して生じ、タンク２内に淀んでいるガスは、次に、収集リザーバ４３に移動する。不活性ガスのフラッシングを弁４９の開放中に実施してもよい。次に、収集リザーバ４３に存在している可燃性ガスを、ライン４８を介して追い出して、膨張可能な袋１８内に戻し、すると、この袋は、初期の非膨張状態から最終の膨張状態に移る。圧力計５０を見ると分かるあらかじめ定められた最大圧力に達するやいなや、不活性ガスのフラッシングを中断し、弁４９を閉じる。次に、オペレータは、例えば自己閉塞型のクイックコネクタ５１を分離し、膨張可能な袋１８を膨張状態で取り出す。ライン４８は、収集リザーバ４３の上端部に連結されているので、ライン４８を通過した流体は、本質的にガスから成る。したがって、膨張状態の膨張可能な袋１８の重量は、初期の状態の同袋１８の重量に近い。したがって、１人又は２人のオペレータが、膨張状態の袋１８を容易に動かすことができ、例えば、これを開放空気のところまで運搬してこの袋をパージして袋の中からそのガスを除去して袋をその初期状態に戻す。その目的は、必要ならば、パージ作業を繰り返し、収集リザーバ４３を完全にパージすることにある。

それにより、潜在的に有害なガスを、１人若しくは２人のオペレータにより手作業で又は一輪車により、或いは軽量且つコンパクトであり、しかも安価な取り扱い手段によって運ぶことができる軽量の膨張可能な袋１８を用いて、比較的アクセスしにくい敷地内、特に地下に配置された変圧器及び収集リザーバからパージすることができる。収集リザーバ４３内に存在している液体を図示していない底部弁による可動リザーバへの移送によってパージすることができる。

火災検知器４０は又、火災の場合に窒素の注入を行うことができる。

明らかなこととして、予防装置は、例えば、圧力解放要素１４を備え、曲がりライン１６内への排出を行う図２に点線で示されるライン５３によって、誘電油を収容しているフィードスルー６を固定するのにも適している。変圧器１の一部である負荷時タップ切換装置（changeur de prise en charge ）５４も又、これ又圧力解放要素を備えた図２に線５５によって示されている予防装置を備えるのが良い。

図９〜図１２に示されているように、破裂要素１４は、凸状円形のものであり、２つのディスク状フランジ６３，６４の間に近接して保持されたタンク２の出口オリフィス（図示せず）に取り付けられるようになっている。圧力解放要素１４は、薄い金属ボイルの形態をした、例えばステンレス鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金で作られた保持部分６５を有している。保持部分６５の厚さは、０．０５〜０．２５ｍｍであるのが良い。

保持部分６５は、これを幾つかの部分に分割する半径方向溝６６を備えている。半径方向溝６６は、保持部分６５の厚みの中に掘られ、その結果、保持部分６５の中央の引き裂きによって、ばらばらになることなく破裂が生じ、解放要素１４の断片が引き裂かれて解放要素１４を通過している流体によって移動して下流側のラインを損傷させる恐れを生じさせるのを阻止する。

保持部分６５は、中心の近くの溝６６ひとつ当たり一つの割合で分布して設けられた非常に小径の貫通孔６７を備えている。換言すると、数個の孔６７が、六角形の形に配列されている。孔６７は、初期の低強度裂け目を形成し、裂け目が保持部分６５の中央に生じ始めるのを補償する。溝６６ひとつ当たり少なくとも１つの孔６７を設けることにより、溝６６は、可能な限り広い流路を提供することにより同時に離れる。変形例として、溝６６の数は、６個とは異なる数であっても良く且つ／或いは溝６６ひとつ当たり数個の孔６７を設けても良い。密封被膜８０が、孔６７を塞ぐことができる。

解放要素１４の破裂圧力は、特に、孔６７の直径及び位置、溝６６の深さ、保持部分６５を形成する材料の厚さ及び組成によって決定される。好ましくは、溝６６は、保持部分６５の厚さ全体にわたって形成される。保持部分６５の残部の厚さは、一定であるのが良い。

２つの隣り合う溝６６は、三角形６９を形成し、この三角形は、破裂の際、孔６７の間の材料の引き裂きによって隣りの三角形から離れ、折り曲げによって下流側に変形する。三角形６９は、下流側のラインを損傷させやすい上述の三角形６９の分離を回避し、又は、下流側のライン中の流れを止め、それにより圧力降下を増大させると共に上流側の減圧を遅くするために引き裂きを生じない状態で曲がる。溝６６の数は又、保持要素１４の直径に依存する。

フランジ６３の下流側に配置されたフランジ６４には、保護管７１が配置される半径方向孔が設けられている。破裂検知器は、下流側で保持部分６５に固定され、ループの状態に配置された電線７２を有している。電線７２は、接続箱７３まで保護管７１内に延びている。電線７２は、保持要素１４の事実上直径全体に沿って延び、ワイヤの一部分７２ａは、上述の溝６６に平行な溝６６の一方の側に配置され、ワイヤの他の部分７２ｂは、上述の溝６６に平行なこの溝６６の他方の側に半径方向に配置されている。２つの電線部分７２ａ，７２ｂの間の距離は、短い。この距離は、２つの孔６７の間の最大距離よりも短いのが良く、したがって、電線７２は、孔６７の間を通るようになっている。

電線７２は、保護膜で被覆されており、この保護膜は、電線の腐食を阻止すると共に電線が保持部分６５の下流側にくっつくようにする。この膜の組成は、破裂要素１４の破裂圧力の変化を回避するよう選択されている。膜は、脆化ポリアミドで作られるのが良い。破裂要素の破裂により、必然的に、電線７２の切断が生じる。この切断は、電線７２を通る電気の流れを中断することにより又は電線７２の２つの端部の間の電圧差から極めて簡単且つ確実に検出できる。

破裂要素１４は、フランジ６３，６４の間に配置されていて、例えばステンレス鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金で作られた金属ボイルの形態をした補強部分７４を更に有する。この補強部分７４の厚さは、０．２〜１ｍｍであるのが良い。

補強部分７４は、複数の、例えば５つの花弁状部材を有し、これら花弁状部材は、これらの厚さ全体にわたって形成された半径方向溝７５によって互いに分離されている。花弁状部材は、環状外縁部に連結され、円弧の形をした溝７６が、隣りの花弁状部材の近くを除き、各花弁状部材の全厚に形成されており、それにより、花弁状部材には軸方向に変形する能力が与えられている。花弁状部材のうちの１つは、例えば溶接により中央多角形７７に連結されている。多角形７７は、花弁状部材の中心を閉鎖し、他の花弁状部材に固定され且つ花弁状部材に対して軸方向にオフセットしたフック７８に当接し、その結果、多角形７７は、花弁状部材と対応のフック７８との間に軸方向に配置されるようになっている。多角形７７は、フック７８の底部に当接して軸方向に接触することができる。補強部分７４は、一方の方向に良好な軸方向強度を提供し、他方の方向、即ち、破裂要素１４の破裂方向に非常に低い軸方向強度を提供する。補強部分７４は、変圧器１のタンク２内の圧力が減圧チャンバ１６の圧力よりも低い場合に特に有用であり、これは、変圧器１の充填のために部分真空をタンク２内に生じさせる場合に起こり得る。

保持部分６５と補強部分７４との間には、密封部分７９が設けられるのが良く、この密封部分は、例えばポリテトラフルオロエチレンを主成分とするガス密合成材料の薄膜８０を有し、この薄膜は、あらかじめ切断された合成材料の厚い膜８１によって各側が包囲され、それにより、保持部分６５及び補強部分７４による薄膜８０の孔あけが回避される。各厚膜８１は、厚さが約０．１〜０．３ｍｍの例えばポリテトラフルオロエチレンを主成分とする合成材料から成るのが良い。厚膜８１は、約３３０°の円弧に沿ってあらかじめ切断されているのが良い。薄膜８０の厚さは、約０．００５〜０．１ｍｍであるのが良い。

破裂要素１４は、一方の方向に良好な耐圧性をもたらすと共に他方の方向に較正された耐圧性をもたらし、しかも優れたガス密性及び低い破裂慣性を提供する。

密封度を向上させるため、破裂要素１４は、フランジ６３と保持部分６５との間に配置されたワッシャ８２と、フランジ６４と補強部分７４との間に配置されたワッシャ８３とを有するのが良い。ワッシャ８２，８３は、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする材料で作られるのが良い。

さらに、予防装置内の流体を冷却するための手段を設けるのが良い。冷却手段は、ライン１７及び／又はリザーバ１８に設けられたフィン、リザーバ１８のための環境制御ユニット及び／又はリザーバ１８を冷却するよう膨張可能な液化ガス、例えば液化窒素のリザーバから成るのが良い。

保護システムは、狭い敷地、地下鉱山、トンネル、建設地盤、普通道路又は高速道路地盤等内に配置された変圧器に特に適している。保護システムは、通常の動作状態では極めて小形のものであり、トリップ後、容易に運搬可能な膨張可能な袋を取り出すことにより、動作状態に容易に戻すことができる。

圧力解放要素のセンサに接続された制御ユニットも又、爆発予防システムの故障の場合に消火を開始させるために付属センサ、例えば火災検知器、蒸気センサ（ヴッフホルツ）及び電力供給セルトリップセンサに接続されるのが良い。

本発明は、絶縁破壊を非常に迅速に検出し、事実上それと同時にその衝撃を且つ特に閉じ込められた敷地内で制限するよう働くような、僅かな改造で既存の変圧器に取り付け可能である変圧器構成要素、特にタンク、フィードスルー、負荷時タップ切換装置等の破裂を防止するという利点を提供する。これは、油タンクの爆発を阻止すると共にこれが引き起こす場合のある猛烈な火災を阻止する。短絡に起因した損傷は、著しく減少し、汚染をほぼ完全に回避することができる。変圧器の爆発は、これが制限された場所で起こった場合に大災害になる場合があるので、制限された敷地向きに設計された予防システムの存在は、極めて有利であることが分かる。

Claims (9)

1. 可燃性冷却用流体を収容しているタンクを備えた電気変圧器の構成要素の破裂を防止する装置であって、前記タンクの出口に設けられた破裂することができる、前記タンクを減圧するための圧力解放要素と、前記圧力解放要素の下流側に配置され且つ前記圧力解放要素の破裂時に扁平状態から膨張状態に変化して前記圧力解放要素を通過する流体を閉じ込めるよう構成された袋とを有し、前記袋は、ガス密であり、前記装置は、前記袋の上流側に設けられていて、前記袋と一体のクイック継手を有するとともに、前記圧力解放要素と前記クイック継手との間にリザーバを有し、前記リザーバに対して不活性ガスを導入するチャネルを有する、装置。
2. 前記圧力解放要素の下流側に設けられた曲がりラインを有する、請求項１記載の装置。
3. 前記袋の上流側に設けられた可撓性ホースを有する、請求項１記載の装置。
4. 前記可撓性ホースの下流側に設けられた曲がりラインを有する、請求項３記載の装置。
5. 前記袋は、閉塞可能な出口オリフィスを有する、請求項１記載の装置。
6. 前記圧力解放要素の下流側に設けられた減圧チャンバを有する、請求項１記載の装置。
7. 前記袋は、少なくとも部分的に支持体から吊り下げられている、請求項１記載の装置。
8. 少なくとも前記袋の下に配置された噴出防止保護手段を有する、請求項１記載の装置。
9. 扁平状態の前記袋のための輸送及び保護ハウジング及び膨張状態の前記袋のための支持体を形成する少なくとも２つのシェルを備えたケースを有し、前記シェルは、前記扁平状態から前記膨張状態への変化中、互いに離れるよう構成されている、請求項１記載の装置。

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