WO2007003537A1 - Stufenschalter - Google Patents

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WO2007003537A1
WO2007003537A1 PCT/EP2006/063612 EP2006063612W WO2007003537A1 WO 2007003537 A1 WO2007003537 A1 WO 2007003537A1 EP 2006063612 W EP2006063612 W EP 2006063612W WO 2007003537 A1 WO2007003537 A1 WO 2007003537A1
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switch
gas
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volume
insulating liquid
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PCT/EP2006/063612
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Jörg FINDEISEN
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0044—Casings; Mountings; Disposition in transformer housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—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 a ge ⁇ filled with an insulating liquid tap changer and means for receiving the thermally induced volume fluctuations of this insulating liquid.
  • the invention enables a hermetic completion of the
  • the use of the arrangement according to the invention furthermore makes it possible to dispense with dehumidifiers, external expansion vessels and associated pipelines. Furthermore, the invention solves the problem of gas accumulation in the pipeline to the expansion vessel of hermetically sealed switches.
  • Tap changers of the type mentioned above are mainly used in power transformers for regulating the voltage under load. In operation occurs by heating the over- switching resistors, heat dissipation through the switch and its vessel surrounding insulating and cooling medium of Transforma ⁇ tors and other influences to significant temperature fluctuations. These cause significant changes in the volume of the insulating liquid of the tap changer. Furthermore, it is by switching arcs and / or heating of the over- switching resistors for thermal decomposition of Isolierflüs ⁇ stechnik and the resulting gas evolution. These gases rise due to their lower density and must be removed by appropriate measures.
  • the state of the art is the use of expansion vessels mounted above the transformer, which are connected to the switch via an inclined pipeline. Through this pipeline, both the flow of Isolierroughkeit takes place with thermally induced volume changes, as well as the removal of gases.
  • the invention described below makes it possible to compensate for the change in the volume of the insulating liquid during operation of the switch, while avoiding the abovementioned disadvantages.
  • the present invention uses to absorb the thermally induced volume fluctuations of the insulating liquid of
  • This gas cushion is integrated into the switch vessel according to the invention.
  • the switch vessel is hermetically sealed to both the atmosphere and the insulating medium of the transformer. Furthermore, the gas cushion is separated from the insulating liquid by a flexible wall.
  • the gas cushion is located in displacement bodies, which absorb the volume fluctuations of the insulating liquid by changing their shape and size.
  • the separation of the insulating liquid from the gas cushion caused by the flexible wall of the displacer causes the effect according to the invention of non-mixing of gas contained in the gas cushion with the gases resulting from the thermal decomposition of insulating liquid.
  • the gas cushions for volume compensation are arranged according to the invention in such a way that they do not impede the rising and the discharge of the gases resulting from switching arcs and / or heating of the switching resistors.
  • the compensation body becomes part of the switch. Additional external construction ⁇ groups eliminated and lead to a simplification of the whole transformer. Problems with gas accumulation in piping and obstruction of oil flow at temperature Changes in the insulating liquid are excluded by elimination of the problems associated with these modules.
  • this design avoids malfunctions caused by gas cushions in the connection to the expansion vessel in hermetic transformers.
  • this design allows the provision of a special Gassammeiraumes by which too frequent ⁇ ges response of the pressure relief valve and thus often associated additional oil loss is avoided.
  • the switch is provided in the upper area with an additional volume for receiving a certain amount of additional insulating liquid to replace the oil loss resulting from decomposition by switching operations and / or heating of the switching resistors.
  • the gas produced by the oil decomposition rises and collects in this additional space.
  • By the considerably larger gas volume results in an overpressure in Wegerge ⁇ fäß.
  • ge ⁇ opens connected pressure relief valve and provides a printing t ⁇ utilization with the surrounding atmosphere, the switch forth.
  • the inventive design of the volume compensation device makes it possible to achieve a complete closure of the insulating liquid of the switch from the atmosphere / ambient air.
  • the absorption of moisture and oxygen by the insulating liquid is prevented.
  • An influence of the electr. Damping strength of the insulating liquid by moisture is avoided and the aging of the Iso ⁇ lier meshkeit significantly reduced.
  • the outer expansion tank, the dehumidifier and the associated piping can be omitted.
  • the regular Check of a condition of the desiccant in Luftentfeuch ⁇ can be saved ter and it comes to cost savings through the elimination of costly regular replacement of the desiccant. Pollution and disposal problems caused by spent desiccants are avoided.
  • the switch according to the invention with egg ⁇ nem gas discharge valve (D3) is equipped.
  • a constant Abpum ⁇ pen the gases is possible.
  • the combination of a level-independent pressure relief device and a level-dependent pressure relief device that responds even at a slight overpressure enables reliable burst protection for the switch vessel with continuous removal of forming gases.
  • the speed of the necessary volume compensation during heating is dependent on the thermal time constants of the transformer and the switch and the operating conditions ⁇ , but is very slow in any case.
  • the attachment of pressure dampers (DD) in the channel to the equalizing device is advantageous.
  • This pressure damper (DD) may be prepared from a cross-sectional constriction in the path of insulating liquid are formed from the same ⁇ body.
  • the gas discharge is slightly obstructive and retarding guidance of the gases to a pressure relief valve (D2) or another pressure reducing device.
  • D2 pressure relief valve
  • the compensating body is provided with a spring element (Fl) in order to achieve a predetermined pressure play.
  • spring elements can also be formed by the body of the compensator itself.
  • the compensating device is equipped with a volume limitation in one or both directions. This allows, for example, in the switch vessel a special requirements corresponding pressure game rea ⁇ be larra. This limitation is also possible by a stroke limitation of the compensation elements and a multi-part exciter device with chambers of different spring constant.
  • the gas cushions are designed such that an integration into functional parts of the scarf ⁇ ters is made possible and thus only small space requirement is not agile ⁇ .
  • An embodiment of this solution is the use of metallic strainers as Abtubelektrode.
  • the execution of the compensating body according to the invention is possible as a metallic compensator, bladder accumulator, rolling diaphragm, foil bag, plastic membrane or rubber compensator.
  • the required compensation bodies (K) do not come into contact with the atmosphere (1), so that the corrosion of metal compensators under moisture as well as the aging of plastic membranes under the action of moisture, oxygen and ozone are avoided.
  • the requirements for the balancing body used are significantly reduced.
  • these displacement elements are represented by simple gas-filled balloons whose wall is formed by a metal foil.
  • Particularly cost is the use of oil-resistant rubber or plastic or films from genann ⁇ th materials.
  • the displacement body may consist of metallized Kunststoffofffie or thin metal foil.
  • multilayer films can be used (for example: using ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymers / fluorinated ethylene-propylene copolymers / nitrile-butadiene rubber).
  • the materials used can also be provided with a textile or fiberglass insert.
  • compensators which have a vacuum or vacuum and are stretched or stretched over spring elements.
  • the change in shape and volume in this case is determined by the interplay of spring force and the pressure of the compres- sor with the switch pressure.
  • the displacement body are so defined dimensio ⁇ that they are vacuum-tight to allow around the nanotransformato- for ren usual filling process.
  • This strength can be done in films by combining suitable dimensions and wall thickness, but also by a support structure.
  • FIG. 1 shows a switch (Sl) with a switch head (SK), which is arranged on the cover (TD) of a transformer.
  • the space inside the switch (Sl) is insulated with filled with liquid. Since the housing of the switch (SW), the sen ⁇ hermetically seals, it comes upon heating of the iso ⁇ lier supplementkeit of the switch to an increase in réelledru ⁇ ckes in the switch. This pressure increase causes a compression of the gas in the balancing devices (K6). Gases forming by thermal decomposition of oil rise upwards and are guided to a monitoring device (B3). If the amount of gas is too large, gas is released through a valve (D3).
  • the compensation body becomes part of the switch. Additional external construction ⁇ groups eliminated and lead to a simplification of the whole transformer.
  • any components present in the switch are included in the design of the compensating body.
  • Figure 2 shows an embodiment in which the off ⁇ equal body are formed by bellows.
  • these compensating bodies (K3, K6) are accommodated both in the lower part of the switch and in the central tube of the switch (Z1) formed from an insulating cylinder .
  • parts of the electrical shields (A2) are also designed as metallic expansion bodies.
  • FIG 3 shows an embodiment in which the volume-compensating ⁇ is formed by a plurality of balancing bodies (K5).
  • K5 balancing bodies
  • These balancing bodies do not hinder the rise of the gases which are formed by thermal decomposition of insulating liquid.
  • these gases collect in the interstices of the compensating body (K5) accommodated in the head region and displace insulating liquid there.
  • a predetermined amount of gas causes the measuring and control unit (M64) a Publ ⁇ NEN of Gas discharge valve (M67), and the harmful gases enter the At ⁇ gas atmosphere (1) or in an intermediate evaluation unit (gas analysis).
  • These compensating bodies can be produced herebygüns ⁇ tig and place into different switch types in of different amount.
  • the compensating body shown in the embodiment can be accommodated in various areas of the switch.
  • This version also allows the use of a large number of so-called dead spaces for volume compensation.
  • this compensation ⁇ body are both housed in the head region of the switch and in the formed of an insulating central tube of the switch (Zl). If individual cells leak, only these individual cells fill up with oil, the entire system is not endangered. Escaping gas reaches the Buchholzschutz and leads in case of damage of a corresponding amount of displacement elements to trigger the same.
  • compensating bodies (K5) are placed in the lower part of the switch, then a locking device (GS) prevents these compensating bodies from rising.
  • This lock is advantageously designed so that it keeps away from electrically stressed parts in case of defects of individual compensation bodies released gases.
  • these gases in the central cylinder (Zl) or the switch shaft safely directed into the head of the switch.
  • FIG. 4 shows a switch which is provided in the upper region of the housing (SW) with an additional volume (VZ) for receiving a suitable amount of additional insulating liquid in order to replace the oil loss resulting from oil decomposition, for example by heating the switching resistors.
  • VZ additional volume
  • the ge during normal operation ⁇ opens connected gas discharge (M67) and provides pressure relief to the surrounding atmosphere, the switch (1) ago.
  • a controller M51, M64
  • a response of the gas outlet (M67) only takes place when a Popemm ⁇ te amount of gas in the head of the switch is present. Protection against pressure waves is provided by the pressure relief valve (D2).
  • the subsequent flow of the oil from the upper part of the switch room (VZ) and the discharge of the resulting gas allow a substantial freedom from maintenance of the switch with a small size, complete completion of the insulating liquid from the atmosphere and without needing a äu ⁇ ßeren oil conservator.
  • FIG. 5 shows an embodiment of an inventively designed switch in which the expansion of the expansion joint tors (K6) via a housed in the central tube (Zl) Ver ⁇ bond is transmitted to an evaluation unit (M6) and to display the filling level and / or pressure used becomes.
  • M3 for example, permanent magnet
  • M2 Erfas ⁇ sungsaku

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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mit einer Isolierflüssigkeit gefüllten Stufenschalter Sl und Einrichtungen zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen dieser Isolierflüssigkeit. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Gaspolster vorgesehen, wo- bei dieses Gaspolster in das Schaltergefäß SW, SK integriert ist und dieses Gaspolster von Körpern K3, K5, K6 gebildet wird, welche durch Änderung ihrer Form die Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufnehmen. Gleichzeitig wird hierdurch eine Umhüllung der Gaspolster bereitgestellt, die eine Vermischung der durch thermische Zersetzung der Isolierflüssigkeit entstehenden Gase mit dem Gas des Gaspolsters vermeidet.

Description

Stufenschalter
Die Erfindung betrifft einen mit einer Isolierflüssigkeit ge¬ füllten Stufenschalter und Einrichtungen zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen dieser Isolierflüssigkeit .
Die Erfindung ermöglicht einen hermetischen Abschluss des
Schaltergefäßes und damit eine deutliche Reduzierung der Al¬ terung des Schalteröles.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht wei- terhin den Verzicht auf Luftentfeuchter, externes Ausdehnungsgefäß und zugehörige Rohrleitungen. Des Weiteren löst die Erfindung das Problem der Gasansammlung in der Rohrleitung zum Ausdehnungsgefäß von hermetisch abgeschlossenen Schaltern.
Stufenschalter der oben genannten Art kommen vorwiegend in Leistungstransformatoren zum Regeln der Spannung unter Last zum Einsatz. Im Betrieb kommt es durch Erwärmung der Über- schaltwiderstände, Wärmeabgabe durch das den Schalter und sein Gefäß umgebende Isolier- und Kühlmedium des Transforma¬ tors und weitere Einflüsse zu erheblichen Temperaturschwankungen. Diese bewirken wesentliche Änderungen des Volumens der Isolierflüssigkeit des Stufenschalters. Weiterhin kommt es durch Schaltlichtbögen und / oder Aufheizen der Über- schaltwiderstände zur thermischer Zersetzung von Isolierflüs¬ sigkeit und daraus resultierender Gasentwicklung. Diese Gase steigen auf Grund ihrer geringeren Dichte nach oben und müssen durch geeignete Maßnahmen abgeführt werden. Stand der Technik ist die Verwendung von über dem Transformator angebrachten Ausdehnungsgefäßen, welche über eine geneigte Rohrleitung mit dem Schalter verbunden werden. Über diese Rohrleitung erfolgt sowohl der Fluss der Isolier- flüssigkeit bei thermisch bedingten Volumenänderungen, als auch der Abtransport der Gase.
Bekannt ist die Verwendung eines gemeinsamen Ausdehnungsgefä¬ ßes für den Transformator und den Schalter, dabei kommt es jedoch zu einer Mischung der Isolierflüssigkeiten. Deshalb wird zurzeit überwiegend ein Zweikammerausdehnungsgefäß ein¬ gesetzt. Solche Ausdehnungsgefäße sind zum Beispiel in DE19527763C2 beschrieben.
Nachteil dieser Ausdehnungsgefäße ist der Kontakt der Ölober- fläche mit der Außenluft, was die Verwendung von so genannten Luftentfeuchtern erfordert. In diesen Luftentfeuchtern wird die Luft über ein Trocknungsmittel geführt und hierbei ent¬ feuchtet. Die Adsorptionsfähigkeit des Trocknungsmittels (Hygroskopizität) wird hierbei aufgebraucht und das Trock¬ nungsmittel muss regelmäßig erneuert werden. Die periodisch notwendigen Sichtprüfungen sowie der regelmäßige Austausch des Trocknungsmittels, insbesondere in Gegenden mit hoher Luftfeuchtigkeit, stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar (Empfohlener Wartungsintervall: 3 Monate) . Diese Luftent¬ feuchter bieten des Weiteren keinen sicheren Abschluss gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch die Iso¬ lierflüssigkeit, insbesondere bei schneller Abkühlung des Transformators .
In DE10010737A1 wird ein hermetisch abgeschlossener Transformator beschrieben, welcher zum Volumenausgleich einen dehnbaren Radiator vorsieht. Die Verwendung eines solchen Radiators zur Kompensation der Volumenausdehnung der Isolierflüssigkeit des Schalters erfordert einen erheblichen Aufwand und bringt Probleme bei der Abführung von Gasen aus dem Schaltergefäß. Für die Ausdehnung der Isolierflüssigkeit von Transformatoren sind Ausdehnungsgefäße bekannt, welche in der Hauptkammer ei¬ ne Membran zur Trennung der Isolierflüssigkeit von der Umgebungsluft verwenden. Ein solches ist in DE3206368 beschrie¬ ben. Diese Ausdehnungsgefäße bieten zwar einen sicheren Ab- schluss der Isolierflüssigkeit von der Umgebungsluft, benöti- gen aber dennoch einen Luftentfeuchter, was mit den bereits erwähnten Nachteilen verbunden ist. Weiterhin führt der Kontakt mit der Umgebungsluft zur Alterung der Membran und be¬ dingt somit technische Unsicherheiten.
Bekannt ist weiterhin der Einsatz von Gaspolstern direkt unter dem Deckel von Transformatoren (DE710389) . Diese Lösung bietet jedoch keine Möglichkeit der Abtrennung von Schadgasen vom Gaspolster.
In DE10224074A1 ist eine Anordnung für die in den Stufenschalter führende Rohrleitung beschrieben, welche ein Labyrinthsystem zur Vermeidung des Strömens von Gasen zum Ausdehnungsgefäß nutzt.
Dieses System bietet aber weder einen hermetischen Abschluss des Schalters, noch kann es das Eindringen von Gasen in die Rohrleitung vollständig verhindern. Auch die aufwändige Rohr- leitungs- anordnung zum Ölausdehnungsgefäß bleibt erforder¬ lich.
Aus DE3504916C2 ist weiterhin ein Ausdehnungsgefäß bekannt, welches direkt auf dem Stufenschalterkopf montiert wird. Die¬ se Lösung benötigt ebenfalls einen Luftentfeuchter, was die bekannten bereits eingangs genannten Nachteile zur Folge hat. Ein hermetischer Abschluss lässt sich auch damit nicht erzie¬ len.
Die im Folgenden beschriebene Erfindung ermöglicht eine Kom- pensation der Änderung des Volumens der Isolierflüssigkeit beim Betrieb des Schalters, bei Vermeidung der oben genannten Nachteile .
Die vorliegende Erfindung nutzt zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit des
Schalters ein Gaspolster. Dieses Gaspolster wird erfindungs¬ gemäß in das Schaltergefäß integriert. Das Schaltergefäß wird sowohl zur Atmosphäre als auch zum Isoliermedium des Transformators hermetisch abgeschlossen. Weiterhin wird das Gas- polster durch eine flexible Wand von der Isolierflüssigkeit getrennt. Das Gaspolster befindet sich in Verdrängungskörpern, welche durch Änderung ihrer Form und Größe die Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufnehmen.
Die von der flexiblen Wand der Verdrängungskörper bewirkte Trennung der Isolierflüssigkeit vom Gaspolster bewirkt den erfindungsgemäßen Effekt der Nichtmischung von im Gaspolster enthaltenem Gas mit den durch thermische Zersetzung von Isolierflüssigkeit entstehenden Gasen. Die Gaspolster zum VoIu- menausgleich werden erfindungsgemäß derart angeordnet, dass sie das Aufsteigen und die Abführung der durch Schaltlichtbögen und / oder Aufheizen der Überschaltwiderstände entstehenden Gase nicht behindern.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird der Ausgleichkörper zum Bestandteil des Schalters. Zusätzliche externe Bau¬ gruppen entfallen und führen zu einer Vereinfachung des gesamten Transformators. Probleme mit Gasansammlungen in Rohrleitungen und eine Behinderung der Ölströmung bei Temperatur- änderungen der Isolierflüssigkeit sind durch Entfall der mit diesen Problemen behafteten Baugruppen ausgeschlossen.
Dadurch werden Betriebsstörungen durch Gaspolster in der Ver- bindung zum Ausdehnungsgefäß bei Hermetiktransformatoren vermieden. Außerdem ermöglicht diese Gestaltung das Vorsehen eines speziellen Gassammeiraumes, durch welchen ein zu häufi¬ ges Ansprechen des Druckentlastungsventiles und der damit oft verbundene zusätzliche Ölverlust vermieden wird.
In einer weiteren Ausführung wird der Schalter im oberen Bereich mit einem zusätzlichen Volumen zur Aufnahme einer bestimmten Menge zusätzlicher Isolierflüssigkeit versehen, um den bei Zersetzung durch Schaltvorgänge und / oder Erhitzung der Überschaltwiderstände entstehenden Ölverlust zu ersetzen. Das bei der Ölzersetzung entstehende Gas steigt nach oben und sammelt sich in diesem zusätzlichen Raum. Durch das erheblich größere Gasvolumen kommt es zu einem Überdruck im Schalterge¬ fäß. Überschreitet der Druck im Schalter einen vorbestimmten Grenzwert, so öffnet das während des normalen Betriebes ge¬ schlossene Druckentlastungsventil und stellt eine Druckent¬ lastung mit der den Schalter umgebenden Atmosphäre her.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Volumenkompensati- onseinrichtung lässt sich ein völliger Abschluss der Isolierflüssigkeit des Schalters von der Atmosphäre / Umgebungsluft erreichen. Die Aufnahme von Feuchtigkeit und Sauerstoff durch die Isolierflüssigkeit wird verhindert. Eine Beeinflussung der elektr. Durchschlagfestigkeit der Isolierflüssigkeit durch Feuchtigkeit wird vermieden sowie die Alterung der Iso¬ lierflüssigkeit deutlich herabgesetzt.
Das äußere Ausdehnungsgefäß, der Luftentfeuchter sowie die zugehörigen Rohrleitungen können entfallen. Die regelmäßige Prüfung des Zustandes des Trocknungsmittels im Luftentfeuch¬ ter kann eingespart werden und es kommt zu Kosteneinsparungen durch den Entfall des kostspieligen regelmäßigen Austausches des Trocknungsmittels. Umweltverschmutzungs- und Entsorgungs- probleme durch verbrauchte Trocknungsmittel werden vermieden.
Vorteilhafterweise wird der erfindungsgemäße Schalter mit ei¬ nem Gasablassventil (D3) ausgerüstet. Dieses kann zweckmäßi¬ gerweise derart ausgeführt oder gesteuert werden, dass es bei einem kleinen Gasdruck anspricht, nicht jedoch bei Anlie¬ gen von Isolierflüssigkeit. Dadurch ist ein ständiges Abpum¬ pen der Gase möglich. Zum Schutz vor Überdruck dient ein Druckventil und / oder ein übliches großflächiges Druckent¬ lastungsventil (D2). Durch die Kombination einer füllstandsu- nabhängigen Druckentlastungseinrichtung und einer bereits bei geringem Überdruck ansprechenden füllstandsabhängigen Druckentlastungseinrichtung, lässt sich ein sicherer Berstschutz für das Schaltergefäß bei kontinuierlicher Abfuhr sich bildender Gase ermöglichen.
Die Geschwindigkeit des notwendigen Volumenausgleiches bei Erwärmung ist von den thermischen Zeitkonstanten des Transformators und des Schalters sowie den Betriebsbedingungen ab¬ hängig, erfolgt aber in jedem Falle recht langsam. Um im Feh- lerfall schwallartige Volumenänderungen (Entstehung großer Gasmengen durch Zersetzung von Isolierflüssigkeit) von der Ausgeichsvorrichtung fernzuhalten, ist die Anbringung von Druckdämpfern (DD) im Kanal zur Ausgleichsvorrichtung vorteilhaft. Diese Druckdämpfer (DD) können aus einer Quer- schnittsverengung auf dem Weg der Isolierflüssigkeit zum Aus¬ gleichskörper gebildet werden.
Gleichzeitig ist eine die Gasabfuhr wenig behindernde und verzögernde Führung der Gase zu einem Druckentlastungsventil (D2) oder einer anderen Druckminderungsvorrichtung vorzusehen.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform wird der Aus- gleichskörper mit einem Federelement (Fl) versehen, um ein vorbestimmtes Druckspiel zu erzielen. Diese Federelemente können auch durch den Körper des Kompensators selbst gebildet werden.
In einer speziellen Ausführung wird die Ausgleichsvorrichtung mit einer Volumenbegrenzung in eine oder auch beide Richtungen ausgerüstet. Dadurch kann beispielsweise im Schaltergefäß ein besonderen Anforderungen entsprechendes Druckspiel rea¬ lisiert werden. Diese Begrenzung ist ebenfalls durch eine Hubbegrenzung der Ausgleichselemente sowie eine mehrteilige Ausgeich-Vorrichtung mit Kammern unterschiedlicher Federkonstante möglich.
In weiteren Ausführungsformen werden die Gaspolster derart gestaltet, dass eine Einbindung in Funktionsteile des Schal¬ ters ermöglicht wird und somit nur geringer Raumbedarf not¬ wendig ist. Ein Ausführungsbeispiel für diese Lösung ist die Verwendung metallischer Dehnkörper als Abschirmelektrode.
Die Ausführung der erfindungsgemäßen Ausgleichskörper ist als metallischer Kompensator, Blasenspeicher, Rollmembran, Foliensack, Kunststoffmembran oder Gummikompensator möglich. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kommen die benötigten Ausgleichskörper (K) nicht in Kontakt mit der Atmosphäre (1), so dass die Korrosion von Metallkompensatoren unter Feuchtigkeit sowie das Altern von Kunststoffmembranen unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Sauerstoff und Ozon vermieden werden. Dadurch werden die Anforderungen an die verwendeten Ausgleichskörper deutlich vermindert. In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden diese Verdrängungselemente durch einfache gasgefüllte Ballons, deren Wand durch eine Metallfolie gebildet wird, dargestellt. Besonders kostengünstig ist die Verwendung von ölbeständigem Gummi oder Kunststoff beziehungsweise Folien aus den genann¬ ten Materialien. Zur Erreichung der Gasundurchlässigkeit können die Verdrängungskörper aus metallisierter Kunstofffolie oder dünner Metallfolie bestehen. Um die erforderlichen thermischen und elastischen Eigenschaften bei einer extrem ge- ringen Gasdiffusion zu erzielen, können Mehrschichtfolien zum Einsatz kommen (z.B: unter Einsatz von: Ethylen- Chlortrifluorethylen-Copolymeren / Fluorierten Ethylen- Propylen-Copolymeren / Nitril-Butadin-Kautschuk) . Die verwendeten Materialien können ebenfalls mit einer Textil- oder Glasfasereinlage versehen sein.
Außerdem sind Kompensatoren möglich, welche einen Unterdruck oder Vakuum aufweisen und über Federelemente gedehnt oder gestreckt werden. Die Änderung von Form und Volumen wird in diesem Fall durch das Zusammenspiel von Federkraft und Kom- pensatorinnendruck mit dem Schalterdruck bestimmt.
Vorteilhafterweise sind die Verdrängungskörper so dimensio¬ niert, dass sie vakuumfest sind, um den für Großtransformato- ren üblichen Füllprozess zuzulassen. Diese Festigkeit kann bei Folien durch Kombination geeigneter Abmessungen und Wandstärken, aber auch durch eine Stützkonstruktion erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen näher beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Schalter (Sl) mit einem Schalterkopf (SK) , welcher am Deckel (TD) eines Transformators angeordnet ist. Der Raum innerhalb des Schalters (Sl) ist mit Isolier- flüssigkeit gefüllt. Da das Gehäuse des Schalters (SW) die¬ sen hermetisch abschließt, kommt es bei Erwärmung der Iso¬ lierflüssigkeit des Schalters zu einer Erhöhung des Innendru¬ ckes im Schalter. Diese Druckerhöhung bewirkt eine Kompressi- on des Gases in den Ausgleichsvorrichtungen (K6) . Sich durch thermische Ölzersetzung bildende Gase steigen nach oben und werden zu einer Überwachungseinrichtung (B3) geführt. Ist die Gasmenge zu groß, wird Gas über ein Ventil (D3) abgelassen.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird der Ausgleichkörper zum Bestandteil des Schalters. Zusätzliche externe Bau¬ gruppen entfallen und führen zu einer Vereinfachung des gesamten Transformators. Vorteilhafterweise werden im Schalter sowieso vorhandene Bauteile in die Gestaltung der Ausgleich- körper einbezogen.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Aus¬ gleichskörper durch Faltenbälge gebildet werden. Im Ausführungsbeispiel sind diese Ausgleichskörper (K3, K6) sowohl im Unterteil des Schalters, als auch im aus einem Isolierzylin¬ der gebildeten Zentralrohr des Schalters (Zl) untergebracht. Im Ausführungsbeispiel sind weiterhin Teile der elektrischen Abschirmungen (A2) als metallische Dehnkörper gestaltet.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Volumen¬ ausgleich durch eine Vielzahl von Ausgleichskörpern (K5) gebildet wird. Diese Ausgleichskörper behindern das Aufsteigen der durch thermische Zersetzung von Isolierflüssigkeit ent¬ stehenden Gase nicht. Im Ausführungsbeispiel sammeln sich diese Gase in den Zwischenräumen der im Kopfbereich untergebrachten Ausgleichskörper (K5) und verdrängen dort Isolierflüssigkeit. Bei Vorhandensein einer vorbestimmten Gasmenge (Ölstand) bewirkt die Mess- und Steuereinheit (M64) ein Öff¬ nen des Gasablassventiles (M67) und die Schadgase gelangen in die At¬ mosphäre (1) oder in eine zwischengeschaltete Auswerteeinheit (Gasanalyse) . Diese Ausgleichskörper lassen sich kostengüns¬ tig produzieren und in verschiedenen Schaltertypen in unter- schiedlicher Menge einbringen.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellten Ausgleichskörper lassen sich in den verschiedensten Bereichen des Schalters unterbringen. Diese Ausführung ermöglicht weiterhin die Nut- zung einer Vielzahl so genannter toter Räume für den Volumenausgleich. Im Ausführungsbeispiel sind diese Ausgleichs¬ körper sowohl im Kopfbereich des Schalters, als auch im aus einem Isolierzylinder gebildeten Zentralrohr des Schalters (Zl) untergebracht. Bei Undichtwerden einzelner Zellen füllen sich nur diese Einzelzellen mit Öl, das Gesamtsystem wird nicht gefährdet. Entweichendes Gas gelangt zum Buchholzschutz und führt bei Beschädigung einer entsprechenden Menge von Verdrängungselementen zum Auslösen desselben. Werden Ausgleichskörper (K5) im unteren Bereich des Schalters unterge- bracht, so verhindert eine Arretierung (GS) ein Aufsteigen dieser Ausgleichkörper. Diese Arretierung wird vorteilhafterweise derart gestaltet, dass sie bei Defekten von einzelnen Ausgleichskörpern freiwerdende Gase von elektrisch beanspruchten Teilen fernhält. Vorteilhafterweise werden diese Gase im Zentralzylinder (Zl) oder der Schalterwelle sicher in den Kopfbereich des Schalters geleitet.
Figur 4 zeigt einen Schalter, welcher im oberen Bereich des Gehäuses (SW) mit einem zusätzlichen Volumen (VZ) zur Aufnah- me einer geeigneten Menge zusätzlicher Isolierflüssigkeit versehen ist, um den bei Ölzersetzung, beispielsweise durch Erhitzung der Überschaltwiderstände, entstehenden Ölverlust zu ersetzen. Da das Ölvolumen im Verhältnis zu dem bei der Zersetzung entstehenden Gasvolumen sehr klein ist, genügt ei- ne geringe Menge Isolierflüssigkeit für den zwischen Hauptin¬ spektionen liegenden Zeitraum. Beim Einsatz von Vakuumschaltzellen (SZ) ist, durch die bei diesen deutlich geringere thermisch bedingte Ölzersetzung, in einem besonderen Ausfüh- rungsbeispiel die Unterbringung des gesamten Ölvorrates für die Lebensdauer des Schalters möglich. Das bei der Ölzerset¬ zung entstehende Gas steigt nach oben und sammelt sich in diesem zusätzlichen Raum (VZ). Durch das erheblich größere Gasvolumen kommt es zu einem Überdruck im Schaltergefäß. Ü- berschreitet der Druck im Schalter einen vorbestimmten
Grenzwert, so öffnet der während des normalen Betriebes ge¬ schlossene Gasablass (M67) und stellt eine Druckentlastung mit der den Schalter umgebenden Atmosphäre (1) her. Vorteilhafterweise regelt eine Steuerung (M51, M64) dass ein Anspre- chen des Gasablasses (M67) nur erfolgt, wenn eine vorbestimm¬ te Menge Gas im Kopfbereich des Schalters vorhanden ist. Den Schutz vor Druckwellen übernimmt das Druckentlastungsventil (D2) . Das Nachfließen des Öles aus dem oberen Teil des Schalterraumes (VZ) sowie der Ablass des entstehenden Gases ermöglichen eine weitgehende Wartungsfreiheit des Schalters bei kleiner Baugröße, vollständigem Abschluss der Isolierflüssigkeit von der Atmosphäre und ohne Benötigung eines äu¬ ßeren Ölausdehnungsgefäßes .
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgeführten Schalters, bei dem die Ausdehnung des Kompensa- tors (K6) über eine im Zentralrohr (Zl) untergebrachte Ver¬ bindung zu einer Auswerteinheit (M6) übertragen wird und zur Anzeige von Füllstand und / oder Druck benutzt wird. Eben- falls dargestellt ist die Übertragung der Kompensatorbewegung über einen Geber (M3) (z.B: Permanentmagnet) auf eine Erfas¬ sungseinheit (M2) .

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Schalter (Sl) in einem dicht verschlossenen mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuse d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Aufnahme der thermisch bedingten Volumenschwankungen ein Gaspolster vorgesehen ist, dass dieses Gaspolster in das Schaltergefäß integriert ist und dass dieses Gaspolster von Körpern gebildet wird, welche durch Änderung ihrer Form die Volumenschwankungen der Isolierflüssigkeit aufnehmen sowie dass eine Umhüllung der Gaspolster eine Vermischung von durch thermische Zersetzung von Isolierflüssigkeit entstehenden Ga¬ sen mit dem Gas des Gaspolsters vermieden wird.
2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , dass das Gaspolster von mehreren Ausgleichskörpern gebildet wird.
3. Schalter (Sl) nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei unterhalb von elektrischen Funktionsteilen angeordneten Ausgleichskörpern die elektrischen Funktionsteile durch eine Abdeckung der Ausgleichskörper und Anordnung eines Strömungskanals für Gasblasen vor durch plötzlichen oder allmählichen Gasverlust von Ausgleichskörpern freiwerdenden Gasblasen geschützt werden.
4. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der oder die Ausgleichskörper mit einem Federelement versehen sind, um ein vorbestimmtes Druckspiel zu erzielen.
5. Schalter (Sl) nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Überschreitung eines bestimmten Druckes im Inneren des Schaltergehäuses (SW) durch Öffnen von Absperrmitteln (D2,D3,M67) der Überdruck im Schalter vermindert wird.
6. Schalter (Sl) nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schalter mit einem Gasablassventil (D3,M67) ausgerüstet ist, welches derart ausgeführt oder gesteuert wird, dass es bei Anliegen von Isolierflüssigkeit nicht anspricht.
7. Schalter (Sl) nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausgleichsvorrichtung zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist und als Abschirmelektrode / elektrische Ab- schirmung (A2) genutzt wird.
8. Schalter nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch gezielte Gestaltung von Komponenten des Schalters und / oder das Einbringen von Verdrängungskörpern das Ölvolumen des Schalters verkleinert wird.
9. Schalter nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schalter mit Vakuum Schaltzellen (SZ) ausgestattet ist.
10. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausgleichvorrichtung aus elastischer Membran gebildet wird.
11. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Ausgleichvorrichtung ein oder mehrere metallische Kompen- satoren oder Bälge zur Anwendung kommen.
12. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Volumenausgleichsvorrichtung (K6) durch Druckwellendämpfer (DD) vor Druckwellen (z.B. durch plötzliche Ölzersetzung bei Schaltvorgängen) geschützt wird.
13. Anordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Druckwellendämpfer (DD) durch eine Querschnittsverringerung in der Zuleitung zur Druckausgleichvorrichtung gebildet wird.
14. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schalter mit Vorrichtungen zur Erfassung des Füllstandes der Isolierflüssigkeit und / oder Erfassung des Druckes ausges- tattet ist.
15. Anordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die von der Volumenänderung hervorgerufene Verformung der Ausgleichselemente zur Auswertung und / oder Anzeige des Schalterölvolumens genutzt wird.
16. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schalter (Sl) mit Vorrichtungen (D2,D3,M67) zur Sammlung und zum Ablassen von sich bildenden Gasen ausgestattet ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese Vorrichtungen in Abhängigkeit vom Ölstand im Schalter gesteuert werden.
18. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch die Auftriebskraft bewirkte unerwünschte Positionsände¬ rungen der Ausgleichskörper mittels geeigneter Arretierungen (GS) vermieden werden.
19. Anordnung nach einem der vorher genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Schalter mit einem Volumen zur Aufnahme einer geringen Menge zusätzlicher Isolierflüssigkeit ausgestattet ist, um den bei Zersetzung durch Schaltvorgänge und / oder Erhitzung der Ü- berschaltwiderstände entstehenden Ölverlust zu ersetzen.
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