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Dokumentenidentifikation DE102004016583B3 09.03.2006
Titel Mehrkammersystem als Flüssigkeitsausgleichsgefäß und deren Verwendung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE;
Behr Industry GmbH & Co. KG, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Baumann, Markus, 90402 Nürnberg, DE;
Britting, Manfred, 91220 Schnaittach, DE;
Weike, Thomas, 71570 Oppenweiler, DE
DE-Anmeldedatum 31.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004016583
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse H01F 27/14(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F15B 1/26(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      F28G 9/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Mehrkammersystem als Flüssigkeitsausgleichsgefäß sowie deren Verwendung. Im erfindungsgemäßen Mehrkammersystem wird aufgrund der Anordnung der Kammern und Rohrleitungssysteme ein Flüssigkeitsausdehnungsgefäß bereitgestellt, das zum einen Eintritt von äußeren Gasen in das Flüssigkeitssystem verhindert und zum anderen auch in beschleunigten Systemen, wie z. B. einem Fahrzeug, betrieben werden kann, da keine ausnivellierten Flüssigkeitssäulen genutzt werden. Hierdurch ist ein System zur Überwachung eines Gasvolumens in einer mit einer flüssigkeitsbefüllten Anlage möglich, das neben dem Mehrkammersystem in einem Kühlflüssigkeitssystem auch ein Buchholzrelais enthält. Die Verwendung dieses Systems zur Überwachung eines Gasvolumens ist daher in Transportmitteln geeignet.

Beschreibung[de]

Elektrische Bauteile, insbesondere Transformatoren, werden durch Flüssigkeitskühlkreisläufe, wie z.B. Ölkreisläufe, gegen thermische Überhitzung während des Betriebes geschützt. Das Transformatoröl dehnt sich aufgrund der Erwärmung aus und wird oberhalb des Transformators über eine Ölleitung in einem Ölausdehnungsgefäß aufgefangen, das teilweise ebenfalls mit Transformatoröl gefüllt ist. In der Ölleitung zwischen dem Ölausdehnungsgefäß und den Transformator ist oft ein so genanntes Buchholzrelais angeordnet, wobei im Buchholzrelais die sich im Transformator bildenden Gase gemessen werden und bei Überschreitung eines vorgegebenen Gasvolumen die Abschaltung des Transformators ausgelöst wird. Ein großes Gasvolumen ist ein häufiges Indiz für eine Fehlfunktion innerhalb des Transformators. Nach der deutschen Industrienorm DIN 42566 ist für den Betrieb eines ölgekühlten Transformators bei dem Überschreiten eines vorgegebenen Gasvolumens innerhalb der Anlage die Auslösung einer Warnmeldung mittels eines Buchholzrelais vorgeschrieben. Das Erreichen des vorgegebenen Gasvolumens wird dabei innerhalb des Buchholzrelais als entsprechendes Ausdehnungsgefäß und Gassammelbehälter detektiert, der einem eigentlichen Flüssigkeitsausdehnungsgefäß vorgeschaltet ist.

In den bekannten Systemen wird weiterhin durch eine Entlüftungsöffnung im Ölausdehnungsgefäß beim Abkühlen des Transformatoröls Luft aus der Umgebung angesaugt und die in der Umgebungsluft befindliche Feuchtigkeit mittels eines Luftentfeuchters reduziert. Das Eindringen von Luft/Feuchtigkeit in den Kühlkreislauf ist auf alle Fälle zu vermeiden, da hierdurch die Durchschlagsfestigkeit des Transformators stark reduziert wird.

Die DE 196 36 456 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Fremdgasfernhaltung von Systemen mit temperaturbegingt veränderlichen Volumen, insbesondere elektrische Transformatoren, verbunden mit einer integrierten Vorrichtung zur isolierflüssigkeitstemperaturabhängigen oder – unabhängigen Druckbeeinflussung. Die dort beschriebene Erfindung besitzt ein Ausdehnungsgefäß, das zwischen der Isolierflüssigkeit und der Außenluft bzw. einem Gaspolster eine Membran angeordnet ist, wobei die Membran einen direkten Austausch der Außenluft mit dem Kühlkreislauf verhindert.

Die GB318397 offenbart ein Ausdehnungsgefäß für Transformatoren bei dem eine elastische Membran in dem Ausdehnungsgefäß die Flüssigkeitsoberfläche gegenüber einem Gaspolster trennt und damit einen Luftaustausch mit der Außenluft verhindert.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass bei einem übermäßigen Anstieg des im Transformator entstehenden Gasvolumens kein Abschaltemechanismus innerhalb des Transformators vorgesehen ist, da die oben beschriebenen Systeme nur für vollständig abgeschlossene Flüssigkeitssysteme konzipiert sind.

Die GB368264 beschreibt ein Ausdehnungsgefäß für Transformatoren, bei denen ein gegeneinander abgestuftes Mehrkammersystem ein Eindingen der Außenluft in das Flüssigketissystem verhindert. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass dieses System nur in einem ruhenden Intertialsystem funktioniert, da bei einer Beschleunigung des Ausdehnungsgefäßes die Flüssigkeitssäulen sich gegeneinander Die Patentschrift DD 79 350 C offenbart ein Ölausdehnungsgefäß für Transformatoren. Gemäß der dortigen Erfindung ist das Ölausdehnungsgefäß in mehrere nebeneinander angeordneten Zellen aufgeteilt, die nacheinander durch Überlaufrohre miteinander verbunden sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Öl stets nur in einer Zelle mit der Außenluft in Berührung kommt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch die Nebenordnung der Zellen ein hoher Platzbedarf des Ölausdehnungsgefäßes benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden und ein Ausdehnungsgefäß bereitzustellen, dass geringe bauliche Abmessungen aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen dass in einer ersten Kammer ein erstes Rohrleitungssystem die erste Kammer mit einer Flüssigkeitssystem verbindet, sowie ein zweites Rohrleitungssystem die erste Kammer mit mindestens einer weiteren, zweiten Kammer verbindet, wobei das zweite Rohrleitungssystem in der zweiten Kammer so angeordnet ist, dass bei vorhandener Flüssigkeit in der zweiten Kammer der hierdurch erzeugte Flüssigkeitsdruck ebenfalls im zweiten Rohrleitungssystem vorhanden und das zweite Rohrleitungssystem so in der ersten Kammer angeordnet ist, dass erst bei einer vollständigen Befüllung der ersten Kammer mit einer Flüssigkeit das zweite Rohrleitungssystem ebenfalls vollständig mit einer Flüssigkeit befüllt ist und damit eine hydraulische Verbindung zwischen der Flüssigkeitssystem mit der zweiten Kammer entsteht. Bei einer vollständigen Befüllung des ersten Rohleitungssystems wird in diesem Falle ebenfalls das Eindringen von Außenluft oder Gasen über die zweite Kammer in die Flüssigkeitssystem verhindert. Vorteilhafterweise ist die Öffnung des zweites Rohrleitungssystems im oberen Bereich der ersten Kammer angeordnet.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass mindestens eine Membran in der zweiten Kammer die Oberfläche der Flüssigkeit gegenüber der Gasphase in der zweiten Kammer dicht abschließt. Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kammer der Gasphase in der zweiten Kammer dicht abschließt. Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kammer innerhalb der zweite Kammer angeordnet, wobei die Kammern rotationssymmetrisch sind und die Oberfläche der Flüssigkeit in der zweiten Kammer durch eine rotationssymmetrische Membran dicht gegenüber der Gasphase in der zweiten Kammer abgeschlossen wird. Durch diese Anordnung der Kammern lässt sich eine einzige Membran, z.B. in Form eines Ringes, verwenden. Bevorzugt ist die Membran elastisch.

Vorteilhafterweise fixieren Halterungen an der Innenwand der zweiten Kammer die Membran. Alternativ führen dicht abschließende Führungsschienen an der Innenwand der zweiten Kammer die Membran korrespondierend zur Flüssigkeitsoberfläche in der zweiten Kammer. Bei dieser Anordnung wird die mechanische Belastung der Membran im Vergleich zu einer starren Fixierung reduziert.

Bevorzugt sind die Querschnitte und/oder die Höhen der Rohrleitungssysteme in Abhängigkeit vom maximal in der ersten Kammer bezüglich des möglichen Flüssigkeitsdruck konzipiert und ausgelegt. Ein Luftentfeuchter reduziert die Feuchtigkeit in der Gasphase in der zweiten Kammer, damit die Membranoberseite nicht durch Feuchtigkeiten in der Gasphase chemisch-physikalisch angegriffen wird.

Weiterhin ist erfindungsgemäß ein System zur Überwachung eines Gasvolumens in einer flüssigkeitsbefüllten Anlage (9), insbesondere ein Transformator, vorgesehen, das mindestens ein Mehrkammersystem, ein Flüssigkeitssystem und eine Vorrichtung zur Überwachung des Gasvolumens, insbesondere ein Buchholzrelais umfasst, wobei die Anlage über ein Flüssigkeitssystem mit der Vorrichtung zur Überwachung des Gasvolumens und dem Mehrkammersystem verbunden ist. Nach einer bevorzugten Ausführung ist das Mehrkammersystem der Vorrichtung zur Überwachung des Gasvolumens nachgeordnet.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung des Mehrkammernsystems als Ausdehnungsgefäß für flüssigkeitsgekühlte Anlagen, insbesondere Transformatoren, in einem Transportmittel. Weiterhin ist bevorzugt die Verwendung des Systems zur Überwachung eines Gasvolumens nach in einem Transportmittel. Durch Beschleunigungen des Transportmittels ist eine nahezu ausnivellierte Flüssigkeitssäule im Ausdehnungsgefäß nicht gegeben, so dass hierbei erhebliche Druckschwankungen auftreten können und auch Außenluft in das Flüssigkeitskühlungssystem eintreten kann. Das erfindungsgemäßen Mehrkammersystems bietet den Vorteil, dass auch in beschleunigten System, wie z.B. einem Fahrzeug, die Verwendung eines Flüssigkeitssystems für einen Transformator möglich ist. Weiterhin wird das Eindringen von Luft oder Gasen aus dem Außenbereich des Systems – auch bei Beschleunigungen – verhindert.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Figuren näher beschrieben und es zeigt:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Mehrkammersystem;

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen System zur Überwachung eines Gasvolumens in einer flüssigkeitsbefüllten Anlage.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrkammersystem 1 dargestellt. Die erste Kammer 2 ist in der zweiten Kammer 3 angeordnet und beiden Kammer 2, 3 sind über ein zweites Rohleitungssystem 5 miteinander verbunden. Ein erstes Rohrleitungssystem 4 ist an ein Flüssigkeitssystem 10 angeschlossen. Die erste Kammer 2 ist vollständig mit Flüssigkeit, vorzugsweise mit einer Kühlflüssigkeit, wie z.B. Transformatoröl, befüllt. Das zweite Rohrleitungssystem 5 ist in der ersten Kammer 2 so angeordnet, das ausschließlich über die obere Öffnung des zweiten Rohrleitungssystems 5 Flüssigkeit zwischen der ersten 2 und zweiten Kammer 3 bewegt werden kann, wobei die Öffnung dicht unterhalb der oberen Decke der ersten Kammer 2 angeordnet ist. Bei einer vollständigen Befüllung der ersten Kammer 2 mit einer Flüssigkeit wird nur in diesem Falle erst eine hydraulische Verbindung zwischen dem zweiten Behälter 3 und dem Kühlsystem über das Flüssigkeitssystem 10 hergestellt. Durch diesen Aufbau wird weiterhin verhindert, dass Luft bzw. Gase in der zweiten Kammer 3 über das zweite Rohrleitungssystem 5 in die erste Kammer 2 und anschließend über das erste Rohrleitungssystem 4 in das Flüssigkeitssystem 10 gelangen können. Die gilt auch bei einer äußeren Beanspruchung des Mehrkammersystems 1, wie z.B. bei Beschleunigungen. Der Luftentfeuchter 7 dient dazu den Feuchtigkeitsgrad der Gasphase oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche zu reduzieren.

Erfindungsgemäß ist weiterhin mindestens eine Membran 6a vorgesehen, die in der zweiten Kammer 3 die Flüssigkeit dicht und hermetisch gegenüber der Gasphase abdichtet. Die Membran 6a ist mittels Halterungen 8 an der Innenwand der zweiten Kammer 3 fixiert. Dadurch ist ein Eindringen von Luft bzw. Gasen in das Mehrkammersystem 1 und damit in das Flüssigkeitssystem 10 ausgeschlossen, selbst wenn aufgrund äußerer Einflüsse die Flüssigkeitssäulen in den Rohrleitungssystemen „abreißen" und – bei einem offenen System – Luft bzw. Gase in das System eindringen könnten. In diesem Falle deformiert sich die elastische Membran 6a entsprechend der Flüssigkeitsbewegungen in der zweiten Kammer 3 mit und ermöglicht damit einen Flüssigkeitsausgleich innerhalb des Mehrkammersystems 1 und damit des Flüssigkeitssystems 10 ohne das Luft bzw. Gase hineingelangen können. Weiterhin ist mit diesem erfindungsgemäßen Mehrkammersystem 1 die Diffusion von Luft bzw. Gasen aus der Gasphase der zweiten Kammer 3 in die Flüssigkeit der zweiten Kammer 3 unterbunden.

Der Luftentfeuchter 7 dient dazu den Feuchtigkeitsgrad der Gasphase oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche bzw. oberhalb der Membranoberfläche 6a zu reduzieren.

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines Gasvolumens in einer mit einer flüssigkeitsbefüllten Anlage 9, z.B. einen Transformator. Die in der flüssigkeitsbefüllten Anlage 9 entstehenden Gase werden in einem Flüssigkeitssystem 10 an ein Buchholzrelais 11 weitergeleitet. Im Buchholzrelais wird das in Transformator gebildete Gasvolumen überwacht. Weiterhin ist an das Flüssigkeitssystem das Mehrkammersystem 1 als Ausdehnungsgefäß gekoppelt. Die Position des Mehrkammersystems 1 relativ zum Transformator 9 bzw. relativ zum Buchholzrelais 11 ist frei wählbar, da der Druckausgleich in der zweiten Kammer 3 (nicht dargestellt) mit dem Flüssigkeitssystem 10 aufgrund einer hydraulischen Verbindung erfolgt. Das Systems ist daher auch zum Betrieb in beschleunigten Systemen geeignet.

1.Mehrkammersystem 2.erste Kammer 3.zweite Kammer 4.erstes Rohrleitungssystem 5.zweites Rohrleitungssystem 6.a., 6.b.Membran 7.Luftentfeuchter 8.Membranhalterung 9.Flüssigkeitsbefüllte Anlage 10.Flüssigkeitssystem 11.Vorrichtung zur Überwachung eines Gasvolumens 12.Gasphase in der zweiten Kammer

Anspruch[de]
  1. Mehrkammersystem (1) als Flüssigkeitsausdehnungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Kammer (2) ein erstes Rohrleitungssystem (4) die erste Kammer (2) mit einer Flüssigkeitssystem (10) verbindet, sowie ein zweites Rohrleitungssystem (5) die erste Kammer (2) mit mindestens einer weiteren, zweiten Kammer (3) verbindet, wobei das zweite Rohrleitungssystem (5) in der zweiten Kammer (3) so angeordnet ist, dass bei vorhandener Flüssigkeit in der zweiten Kammer (3) der hierdurch erzeugte Flüssigkeitsdruck ebenfalls im zweiten Rohrleitungssystem (5) vorhanden und das zweite Rohrleitungssystem (5) so in der ersten Kammer (2) angeordnet ist, dass erst bei einer vollständigen Befüllung der ersten Kammer (2) mit einer Flüssigkeit das zweite Rohrleitungssystem (5) ebenfalls vollständig mit einer Flüssigkeit befüllt ist und damit eine hydraulische Verbindung zwischen der Flüssigkeitssystem (10) mit der zweiten Kammer (3) entsteht und das mindestens eine Membran (6a) in der zweiten Kammer (3) die Oberfläche der Flüssigkeit gegenüber der Gasphase in der zweiten Kammer (3) dicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (2) innerhalb der zweiten Kammer (3) angeordnet ist, wobei die Kammern (2, 3) rotationssymmetrisch sind und die Oberfläche der Flüssigkeit in der zweiten Kammer (3) durch eine rotationssymmetrische Membran (6a) dicht gegenüber der Gasphase in der zweiten Kammer (3) abgeschlossen wird.
  2. Mehrkammersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6a) elastisch ist.
  3. Mehrkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Halterungen (8) an der Innenwand der zweiten Kammer (3) die Membran (6a) fixieren bzw. dicht abschließende Führungsschienen an der Innenwand der zweiten Kammer (3) die Membran (6a) korrespondierend zur Flüssigkeitsoberfläche in der zweiten Kammer (3) führen.
  4. Mehrkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte und/oder die Höhen der Rohrleitungssysteme (4, 5) in Abhängigkeit vom maximal in der ersten Kammer (2) möglichen Flüssigkeitsdruck konzipiert sind.
  5. Mehrkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftentfeuchter (7) die Feuchtigkeit in der Gasphase (12) in der zweiten Kammer (3) reduziert.
  6. System zur Überwachung eines Gasvolumens in einer flüssigkeitsbefüllten Anlage (9), insbesondere ein Transformator, umfassend mindestens ein Mehrkammersystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eine Flüssigkeitssystem (10) und eine Vorrichtung (11) zur Überwachung des Gasvolumens, insbesondere ein Buchholzrelais, wobei die Anlage (9) über eine Flüssigkeitssystem (10) mit der Vorrichtung (11) zur Überwachung des Gasvolumens und dem Mehrkammersystem (1) verbunden ist.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrkammersystem (1) der Vorrichtung (11) zur Überwachung des Gasvolumens nachgeordnet ist.
  8. Verwendung des Mehrkammernsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Ausdehnungsgefäß für flüssigkeitsgekühlte Anlagen (9), insbesondere Transformatoren, in einem Transportmittel.
  9. Verwendung des Systems zur Überwachung eines Gasvolumens nach einem der Ansprüche 6 oder 7 in einem Transportmittel.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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