TWM558900U - 變壓器呼吸乾燥系統 - Google Patents

Abstract

本創作公開一種變壓器呼吸乾燥系統，其包括一變壓器以及一空氣乾燥裝置。空氣乾燥裝置連接於變壓器，空氣乾燥裝置包括一裝置本體、一重量感測器、一控制單元以及一加熱器，裝置本體具有乾燥劑，重量感測器用以偵測乾燥劑的重量變化，控制單元用以判斷乾燥劑的重量是否達到第一預設重量值，若乾燥劑的重量達到第一預設重量值，則控制單元進一步判斷變壓器為進氣狀態或排氣狀態，若變壓器為排氣狀態，則控制單元啟動加熱器，以去除乾燥劑所吸收的水分。藉此，能延長變壓器的使用壽命。

Description

變壓器呼吸乾燥系統

本創作涉及一種變壓器，特別是涉及一種應用空氣乾燥裝置的變壓器呼吸乾燥系統。

大型變壓器(如：油浸式變壓器)在運行過程中，會因為線圈繞組產生溫度變化並引起絕緣油的體積變化。為了調節變壓器內的油量，此類變壓器通常具有一儲油器，用以補償絕緣油在升溫或降溫時產生的體積變化。只是面對潮濕的氣候，一旦潮濕空氣進入到儲油器內，將會導致油質劣化，並出現整體絕緣下降的情況，嚴重時甚至會發生絕緣擊穿而造成變壓器燒毀等重大事故。

為了防止潮濕空氣使變壓器內絕緣油的油質劣化，此類變壓器會在儲油器的氣體通道上加裝空氣乾燥器，通過空氣乾燥器內的乾燥劑將空氣中的水分吸收，以確保被吸入的空氣是乾燥的。然而，現有的免保養空氣乾燥器在設計上，雖然能通過加熱使乾燥劑從飽和狀態恢復吸濕狀態，但是其無法得知乾燥劑是否已達到飽和狀態或接近飽和的狀態。此外，實際上變壓器的進排氣狀態會因為一些外在因素而突然發生改變，而現有的空氣乾燥器並無法在所有情況下防止潮濕空氣進入儲油器。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種變壓器呼吸乾燥系統。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的其中一技術方案是：一種變壓器呼吸乾燥系統，其包括一變壓器以及一空氣乾燥裝置。所述空氣乾燥裝置具有一空氣入口端以及一空氣出口端， 且所述空氣出口端連接於所述變壓器，其中所述空氣乾燥裝置包括一裝置本體、一重量感測器、一加熱器以及一控制單元。所述裝置本體設置於所述空氣入口端與所述空氣出口端之間，其中所述裝置本體具有乾燥劑，用以吸收進入所述變壓器之空氣中的水分；所述重量感測器設置於所述空氣入口端，用以偵測所述乾燥劑的重量變化；所述加熱器設置於所述裝置本體上，用以對所述乾燥劑進行加熱；所述控制單元電性耦接所述重量感測器與所述加熱器；其中，所述控制單元用以判斷所述乾燥劑的重量是否達到一第一預設重量值；若所述乾燥劑的重量達到所述第一預設重量值，則所述控制單元進一步判斷所述變壓器為進氣狀態或排氣狀態；若所述變壓器為排氣狀態，則所述控制單元啟動所述加熱器，以去除所述乾燥劑所吸收的水分。

在本創作的一實施例中，所述空氣乾燥裝置包括一溫濕度感測器，所述溫濕度感測器設置於所述空氣出口端，且電性耦接所述控制單元，用以在所述加熱器被啟動以對所述乾燥劑進行加熱的期間，偵測所述空氣出口端的空氣濕度；其中，所述控制單元判斷所述空氣出口端的空氣濕度是否高於一預設濕度值；若所述空氣出口端的空氣濕度高於所述預設濕度值，則所述控制單元關閉所述加熱器以停止加熱。

在本創作的一實施例中，所述重量感測器在所述加熱器被啟動以對所述乾燥劑進行加熱的期間，偵測所述乾燥劑的重量；其中，所述控制單元判斷所述乾燥劑的重量是否減少到一第二預設重量值；若所述乾燥劑的重量減少到所述第二預設重量值，則所述控制單元關閉所述加熱器以停止加熱。

在本創作的一實施例中，所述控制單元在確認所述變壓器處於一升溫模式時，判斷所述變壓器為排氣狀態。

在本創作的一實施例中，所述溫濕度感測器進一步週期性地偵測所述變壓器的溫度，以得到多個固定時間段的多個平均溫度 值。

在本創作的一實施例中，所述控制單元在確認任一個固定時間段的所述平均溫度值皆大於前一個固定時間段的所述平均溫度值，且最後一個固定時間段的所述平均溫度值與第一個固定時間段的所述平均溫度值的差值大於或等於一預定溫度差值時，判斷所述變壓器處於所述升溫模式。

在本創作的一實施例中，所述裝置本體包括一內管、一外管以及一導熱結構，所述乾燥劑置於所述內管上，所述外管圍繞所述內管設置，且所述外管與所述內管之間形成有一導氣空間，所述導熱結構設置於所述內管的內側。

在本創作的一實施例中，所述內管具有一用以填充所述乾燥劑的網體。

在本創作的一實施例中，所述導熱結構包括多個導熱板，且所述加熱器設置於多個所述導熱板的其中之一上。

在本創作的一實施例中，所述變壓器包括一儲油槽，且所述空氣乾燥裝置的所述空氣出口端通過一管路以連接所述儲油槽。

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的變壓器呼吸乾燥系統，其能通過“控制單元用以判斷乾燥劑的重量是否達到第一預設重量值，若乾燥劑的重量達到第一預設重量值，則控制單元進一步判斷變壓器為進氣狀態或排氣狀態”以及“若變壓器為排氣狀態，則控制單元啟動加熱器，以去除乾燥劑所吸收的水分”的技術方案，以防止從乾燥劑中蒸發出來的水分隨著氣流進入變壓器而引起故障發生，使變壓器的使用壽命得以延長。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。

Z‧‧‧變壓器呼吸乾燥系統

1‧‧‧變壓器

11‧‧‧儲油槽

2‧‧‧空氣乾燥裝置

20a‧‧‧空氣入口端

20b‧‧‧空氣出口端

21‧‧‧裝置本體

211‧‧‧乾燥劑

212‧‧‧內管

213‧‧‧外管

214‧‧‧導熱結構

2141‧‧‧倒熱板

215‧‧‧導氣空間

22‧‧‧重量感測器

23‧‧‧加熱器

24‧‧‧控制單元

25‧‧‧儲存單元

26‧‧‧溫濕度感測器

P‧‧‧管路

圖1為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的方塊圖。

圖2為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的一種狀態的示意圖。

圖3為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的另一種狀態的示意圖。

圖4為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的空氣乾燥裝置的其中一觀看視角的立體組合示意圖。

圖5為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的空氣乾燥裝置於另外一觀看視角的立體組合示意圖。

圖6為本創作的變壓器呼吸乾燥系統的空氣乾燥裝置的部分立體分解示意圖。

圖7為圖4中沿Ⅶ-Ⅶ剖線的剖面示意圖。

圖8為本創作的空氣乾燥裝置之控制方法的流程圖。

圖9為本創作的空氣乾燥裝置之控制方法的步驟S3的流程圖。

圖10為本創作的空氣乾燥裝置之控制方法的步驟S4的一種實施方式的流程圖。

圖11為本創作的空氣乾燥裝置之控制方法的步驟S4的另一種實施方式的流程圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“變壓器呼吸乾燥系統及其空氣乾燥裝置之控制方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限 制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

請參閱圖1至圖3，圖1為本創作一實施例的變壓器呼吸乾燥系統的方塊圖，圖2及圖3為本創作一實施例的變壓器呼吸乾燥系統的示意圖。變壓器呼吸乾燥系統Z包括一變壓器1以及一空氣乾燥裝置2。其中，空氣乾燥裝置2與變壓器1相互連接，而空氣乾燥裝置2中所儲存的乾燥劑能吸收空氣中的水分，以確保變壓器1在運作時吸入乾燥空氣，進而有效延長變壓器1的使用壽命。在本實施例中，變壓器1為油浸式變壓器，其包括一儲油槽11，且空氣乾燥裝置2通過一管路P以連接儲油槽11。

空氣乾燥裝置2主要包括一裝置本體21、一重量感測器22、一加熱器23及一控制單元24。其中，空氣乾燥裝置2具有一空氣入口端20a及一空氣出口端20b，且管路P連接於空氣出口端20b，以使得空氣乾燥裝置2與變壓器1之間氣體連通。裝置本體21設置於空氣入口端20a與空氣出口端20b之間，用以儲存乾燥劑211，乾燥劑211吸收水分後重量會增加。重量感測器22設置於空氣入口端20a，用以偵測乾燥劑211的重量變化。加熱器23設置於裝置本體21上，用以對乾燥劑211進行加熱，以將乾燥劑211所吸收的水分蒸發，確保乾燥劑211具有吸水除濕能力。控制單元24能根據一特定控制邏輯來啟動加熱器23，以避免從乾燥劑211中蒸發出來的水分進入到儲油槽11內並滲透到絕緣油中造成油質劣化。在本實施例中，重量感測器22與加熱器23可以通過有線或無線方式電性耦接至控制單元24，控制單元24可為任意種類的處理器或可程式化電路。

下面將對“特定控制邏輯”作更詳細的說明。首先，重量感測器22會偵測乾燥劑211的重量，並傳送重量訊號至控制單元24。然後，控制單元24會根據從重量感測器22取得的重量訊號， 來判斷乾燥劑211的重量是否達到一第一預設重量值，此第一預設重量值沒有特別限制，其可為一設定數值加上一裕度數值。若乾燥劑211的重量已達到第一預設重量值，控制單元24會再判斷變壓器1的進排氣狀態，亦即，判斷變壓器1為進氣狀態或排氣狀態。在本實施例中，當重量感測器22於一段固定時間(如：3分鐘)內，連續多次偵測到的重量都達到第一預設重量值時，控制單元24才開始判斷變壓器1的進排氣狀態，以避免因錯誤訊號而導致誤判，例如，因為一些外在的因素導致重量感測器22所偵測到的重量高於第一預設重量值。

在這裡，所謂“變壓器1為排氣狀態”是指，當變壓器1的負載增加時，儲油槽11內絕緣油的溫度會持續上升，同時絕緣油會發生體積膨脹而引起油面上升，使得儲油槽11內的氣體受到擠壓而持續向外排出的現象。所謂“變壓器1為進氣狀態”是指，當變壓器1的負載下降時，儲油槽11內絕緣油的溫度會持續下降，同時絕緣油會發生體積收縮而引起油面下降，使得外部氣體持續進入到儲油槽11內的現象。

若變壓器1為排氣狀態，控制單元24會啟動加熱器23，通過加熱來去除乾燥劑211所吸收的水分，以恢復乾燥劑211的乾燥能力，亦即，使乾燥劑211重新具有從空氣中吸收水分的能力。至於加熱的溫度和時間，本創作沒有特別限制，例如，考慮到變壓器1的運行情況與控制單元24作判斷的時間，乾燥劑211可以在120℃的溫度下加熱60分鐘。值得注意的是，在變壓器1處於排氣狀態的期間，由於儲油槽11內的氣體是單方向地由內向外流動，因此，能避免從乾燥劑211中蒸發出來的水分隨著氣流進入到儲油槽11內而導致油質劣化。

在本實施例中，控制單元24是根據變壓器1是否處於一特定升溫模式，來判斷變壓器1是否為排氣狀態。當控制單元24確認變壓器1處於此特定升溫模式時，即判斷變壓器1為排氣狀態。 更進一步來說，空氣乾燥裝置2包括一溫濕度感測器26，其可設置於空氣出口端20b，且電性耦接控制單元24，但本創作並不限定溫濕度感測器26的設置位置，只要溫濕度感測器26能夠偵測到從儲油槽11排出的氣體溫度即可。

溫濕度感測器26用以週期性地偵測從儲油槽11排出的氣體的溫度，以得到多個固定時間段的絕緣油的多個平均溫度值。例如，溫濕度感測器26每隔20秒測一次油溫，而連續10次測得的溫度值可被蒐集成為一組溫度資料，依此類推，即可得到多組溫度資料(如：10組)，並且依據每一組溫度資料可計算出一平均溫度值。

在控制單元24作判斷的期間，若任一個固定時間段的平均溫度值皆大於前一個固定時間段的平均溫度值，且最後一個固定時間段的平均溫度值與第一個固定時間段的平均溫度值的差值大於或等於一預定溫度差值(如：3.3℃)時，亦即，若多組溫度資料的多個平均溫度值呈連續上升的趨勢，且最後一組溫度資料的平均溫度值與第一組溫度資料的平均溫度值大於或等於此預定溫度差值，控制單元24才會判斷變壓器1處於此特定升溫模式，以避免因環境溫度突然發生改變(如：早晨回溫)而造成誤判。

實務上，空氣乾燥裝置2可包括一儲存單元25，且儲存單元25電性耦接溫濕度感測器26與控制單元24，用以接收溫濕度感測器26所測得的溫度訊號，並轉換成相對應的溫度值予以儲存，且控制單元24可以從儲存單元25中取得溫度資料來判斷變壓器1的進排氣狀態。在本實施例中，儲存單元25可為任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、快閃記憶體(flash memory)或類似元件或上述元件的組合。

另值得注意的是，本創作的變壓器呼吸乾燥系統Z中加入了及時中斷對乾燥劑211加熱的機制，以因應系統中氣體的流動方 向突然發生改變的情況，以及避免不必要的加熱造成能源浪費。亦即，一旦變壓器1從排氣狀態改變為進氣狀態，導致系統中氣體的流動方向改變為由儲油槽11外部向內流動，控制單元24會及時關閉加熱器23。附帶說明一點，變壓器1實際在運行時，其狀態會因為一些外在因素而突然發生改變，然而傳統的空氣乾燥裝置並沒有及時中斷對乾燥劑211加熱的機制。

上述機制可以通過加入一濕度控制條件來實現。更進一步來說，溫濕度感測器26也可以在加熱器23被啟動以對乾燥劑211進行加熱的期間，持續偵測從儲油槽11排出的氣體的濕度(相當於空氣出口端20b的空氣濕度)，並傳送濕度訊號至控制單元24。然後，控制單元24會根據從溫濕度感測器26取得的濕度訊號，來判斷空氣出口端20b的空氣濕度是否已高於一預設濕度值，例如為80%RH(Relative Humidity，相對濕度)。據此，當系統中氣體的流動方向改變為由儲油槽11外部向內流動時，從乾燥劑211中蒸發出來的水分將會經過空氣出口端20b，使得溫濕度感測器26所測得的濕度會高於此預設濕度值，此時控制單元24會關閉加熱器23以停止對乾燥劑211加熱。

上述機制也可以通過加入一重量控制條件來實現。更進一步來說，可利用重量感測器22在加熱器23被啟動以對乾燥劑211進行加熱的期間，持續偵測乾燥劑的重量，並傳送重量訊號至控制單元24。然後，控制單元24會根據從重量感測器22取得的重量訊號，來判斷乾燥劑的重量是否已減少到一第二預設重量值；在本實施例中，第二預設重量值可以和第一預設重量值相同或不同。據此，當乾燥劑211因為水分含量降低而使得重量減少到此第二預設重量值時，表示乾燥劑211已恢復吸水能力，此時控制單元24會關閉加熱器23以停止對乾燥劑211加熱。

請參閱圖4至圖7，以下將進一步說明裝置本體21的技術細節，以及其與重量感測器22、加熱器23、控制單元24及溫濕度 感測器26之間的相對關係。如上述圖式所示，裝置本體21主要包括一內管212、一外管213及一導熱結構214。其中，內管212具有一用以填充乾燥劑211的網體，外管213圍繞內管212設置，且外管213與內管212之間形成有一導氣空間215。導熱結構214設置於內管212的內側，且由多個導熱板2141所構成，而加熱器23可設置於任一個導熱板2141上，以將熱量均勻傳遞給乾燥劑211。

裝置本體21的下方為空氣入口端20a，上方為空氣出口端20b，空氣入口端20a通過一蓋合於裝置本體21下方的下蓋(圖中未標號)與外部氣體連通，且重量感測器22可定位於下蓋內。空氣入口端20b通過一蓋合於裝置本體21上方的上蓋(圖中未標號)與變壓器1氣體連通，且溫濕度感測器26可定位於上蓋內。更詳細的內容可參考相同申請人的我國第I563521號專利案。

請參閱圖8至圖11，本創作的變壓器呼吸乾燥系統Z的具體實施方式已詳述於上，而本創作還另外衍生出應用於變壓器的空氣乾燥裝置之控制方法。如圖8所示，首先，在步驟S1中，偵測乾燥劑的重量；此後，在步驟S2中，判斷乾燥劑的重量是否達到第一預設重量值；若乾燥劑的重量已達到此第一預設重量值，則進入步驟S3，進一步判斷變壓器為進氣狀態或排氣狀態；若變壓器為排氣狀態，則進入步驟S4，對乾燥劑進行加熱。

更進一步地，步驟S3是根據變壓器是否處於一特定升溫模式，來判斷變壓器是否為排氣狀態。如圖9所示，首先，在步驟S31中，週期性地偵測變壓器的溫度，以得到多個固定時間段的多個平均溫度值；此後，在步驟S32中，確認任一個固定時間段的平均溫度值皆大於前一個固定時間段的平均溫度值；此後，在步驟S33中，確認最後一個固定時間段的平均溫度值與第一個固定時間段的平均溫度值的差值大於或等於一預定溫度差值。當上述條件都滿足時，即認定變壓器是處於此特定升溫模式。

更進一步地，步驟S4還包括通過濕度控制條件實現的及時中斷對乾燥劑加熱的機制。如圖10所示，首先，在步驟S41中，偵測空氣乾燥裝置的空氣出口端的空氣濕度；此後，在步驟S42中，判斷空氣出口端的空氣濕度是否高於一預設濕度值；若空氣出口端的空氣濕度已高於此預設濕度值，則進入步驟S43，停止對乾燥劑加熱。

更進一步地，在步驟S4之後，還包括通過重量控制條件實現的及時中斷對乾燥劑加熱的機制。如圖11所示，首先，在步驟S44中，偵測乾燥劑的重量；此後，在步驟S45中，判斷乾燥劑的重量是否減少到第二預設重量值；若乾燥劑的重量已減少到此第二預設重量值，則進入步驟S46，停止對乾燥劑加熱。

圖4至圖7中各步驟可以通過多個程式碼或電路來實現，本創作沒有特別限制。此外，圖4至圖7中各步驟之間可以加入其他步驟。

[實施例的有益效果]

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的變壓器呼吸乾燥系統，其能通過“控制單元用以判斷乾燥劑的重量是否達到第一預設重量值，若乾燥劑的重量達到第一預設重量值，則控制單元進一步判斷變壓器為進氣狀態或排氣狀態”以及“若變壓器為排氣狀態，則控制單元啟動加熱器，以去除乾燥劑所吸收的水分”的技術方案，以防止從乾燥劑中蒸發出來的水分隨著氣流進入變壓器而引起故障發生，使變壓器的使用壽命得以延長。

更進一步來說，本創作還加入了及時中斷對乾燥劑加熱的機制，而此機制可通過加入一濕度控制條件或一重量控制條件來實現，以因應系統中氣體的流動方向突然發生改變的情況，以及避免不必要的加熱造成能源浪費。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此 侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種變壓器呼吸乾燥系統，其包括：一變壓器；以及一空氣乾燥裝置，其具有一空氣入口端以及一空氣出口端，且所述空氣出口端連接於所述變壓器，其中所述空氣乾燥裝置包括：一裝置本體，其設置於所述空氣入口端與所述空氣出口端之間，其中所述裝置本體具有乾燥劑，用以吸收進入所述變壓器之空氣中的水分；一重量感測器，其設置於所述空氣入口端，用以偵測所述乾燥劑的重量變化；一加熱器，其設置於所述裝置本體上，用以對所述乾燥劑進行加熱；以及一控制單元，其電性耦接所述重量感測器與所述加熱器；其中，所述控制單元用以判斷所述乾燥劑的重量是否達到一第一預設重量值；其中，若所述乾燥劑的重量達到所述第一預設重量值，則所述控制單元進一步判斷所述變壓器為進氣狀態或排氣狀態；其中，若所述變壓器為排氣狀態，則所述控制單元啟動所述加熱器，以去除所述乾燥劑所吸收的水分。
2. 如請求項1所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述空氣乾燥裝置包括一溫濕度感測器，所述溫濕度感測器設置於所述空氣出口端，且電性耦接所述控制單元，用以在所述加熱器被啟動以對所述乾燥劑進行加熱的期間，偵測所述空氣出口端的空氣濕度；其中，所述控制單元判斷所述空氣出口端的空氣濕度是否高於 一預設濕度值；其中，若所述空氣出口端的空氣濕度高於所述預設濕度值，則所述控制單元關閉所述加熱器以停止加熱。
3. 如請求項1所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述重量感測器在所述加熱器被啟動以對所述乾燥劑進行加熱的期間，偵測所述乾燥劑的重量；其中，所述控制單元判斷所述乾燥劑的重量是否減少到一第二預設重量值；其中，若所述乾燥劑的重量減少到所述第二預設重量值，則所述控制單元關閉所述加熱器以停止加熱。
4. 如請求項1所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述控制單元在確認所述變壓器處於一升溫模式時，判斷所述變壓器為排氣狀態。
5. 如請求項4所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述溫濕度感測器進一步週期性地偵測所述變壓器的溫度，以得到多個固定時間段的多個平均溫度值。
6. 如請求項5所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述控制單元在確認任一個固定時間段的所述平均溫度值皆大於前一個固定時間段的所述平均溫度值，且最後一個固定時間段的所述平均溫度值與第一個固定時間段的所述平均溫度值的差值大於或等於一預定溫度差值時，判斷所述變壓器處於所述升溫模式。
7. 如請求項1所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述裝置本體包括一內管、一外管以及一導熱結構，所述乾燥劑置於所述內管上，所述外管圍繞所述內管設置，且所述外管與所述內管之間形成有一導氣空間，所述導熱結構設置於所述內管的內側。
8. 如請求項7所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述內管具有一用以填充所述乾燥劑的網體。
9. 如請求項7所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述導熱結構包括多個導熱板，且所述加熱器設置於多個所述導熱板的其中之一上。
10. 如請求項1所述的變壓器呼吸乾燥系統，其中，所述變壓器包括一儲油槽，且所述空氣乾燥裝置的所述空氣出口端通過一管路以連接所述儲油槽。