EP0447389A2 - Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Transformator, vor allem einen Verteilungstransformator, mit Ölkessel und äußerem Ölauffangbehälter, dessen Aufnahmeraum zum Teil von der Kesselwandung begrenzt ist.The invention relates to a transformer, especially a distribution transformer, with an oil boiler and an outer oil collecting container, the receiving space of which is partly delimited by the boiler wall.
Der Einsatz von Transformatoren, die mit Isolierflüssigkeit (Transformatorenöl) zur Kühlung und Isolierung gefüllte ölkessel aufweisen, verlangt vom Betreiber die Erfüllung umfangreicher Auflagen im Hinblick auf den Umweltschutz, die Betriebssicherheit und wirtschaftliche Aspekte. In den nationalen Errichtungsvorschriften über Transformatoren finden sich genaue Angaben über die bauliche Ausführung von Räumen für Transformatoren bzw. bauliche Maßnahmen bei der Aufstellung von Transformatoren im Freien. Bei der Aufstellung von flüssigkeitsgekühlten Transformatoren müssen zumindest ab einer bestimmten Größe Ölauffangbehälter vorgesehen werden. Diese Ölauffangbehälter werden bisher als Ölauffangwannen ausgebildet. Wenn der Transformator in die meist nach oben offene ölauffangwanne gestellt wird, so wird deren Aufnahmeraum zum Teil von der Kesselwandung begrenzt.The use of transformers with oil boilers filled with insulating liquid (transformer oil) for cooling and insulation requires the operator to meet extensive requirements with regard to environmental protection, operational safety and economic aspects. The national installation regulations for transformers contain precise information on the structural design of rooms for transformers and structural measures when installing transformers outdoors. When installing liquid-cooled transformers, oil collection containers must be provided at least from a certain size. These oil collecting tanks have so far been designed as oil collecting trays. If the transformer is placed in the oil drip pan, which is usually open at the top, its receiving space is partly limited by the boiler wall.
Das Fassungsvermögen der Ölauffangwanne muß so grob sein, daß das bei einem Schaden im ungünstigsten Fall aus dem Transformatorkessel austretende Öl einwandfrei aufgefangen wird. Diese Forderung ist bei ortsfesten auf Bodenniveau befindlichen Stationen und insbesondere in Aufstellungsräumen ohne übermäßige Schwierigkeiten erfüllbar. Dabei geben aber die herkömmlichen Ölauffangwannen keinen zusätzlichen Explosionsschutz.The capacity of the oil drip pan must be so coarse that the oil escaping from the transformer tank in the worst-case scenario is perfectly collected. This requirement can be met with stationary stations at ground level and in particular in installation rooms without excessive difficulties. However, the conventional oil sumps do not provide additional explosion protection.
Die Ölauffangwanne ist nicht zu verwechseln mit einem bei manchen Transformatoren vorgesehenen Ausgleichsgefäß, das mit dem Füllraum des Transformators über Leitungen verbunden ist und bei der Erwärmung die überschüssige Isolierflüssigkeit aufnimmt. Ein derartiges Ausgleichsgefäß wird vorzugsweise bei Transformatoren mit Luft- bzw. Gaspolster über der Isolierflüssigkeit eingesetzt. Nach der CH-PS 627 874 ist ein derartiges Ausgleichsgefäß am Deckel des Transformators angebracht und durch Bohrungen mit dem Füllraum des Transformators verbunden, wobei im Ausgleichsgefäß ein gasgefüllter Ballon vorhanden ist, der die thermischen Volumenänderungen der Isolierflüssigkeit kompensieren soll. Nach der US-PS 4 609 900 ist seitlich an den Transformatorkessel ein zylinderartiger Aufnahmeraum angesetzt, in dem ein federbelasteter Druckkolben entsprechend der momentanen Ausdehnung der Isolierflüssigkeit verstellt wird. Aus der DE-OS 35 28 698 ist ein Transformator mit über der Isolierflüssigkeit befindlichem Schutzgaspolster und seitlich an eine Wand des Transformators angesetzten Druckbehälter bekannt, der ebenfalls mit Schutzgas gefüllt ist und über einen Sifon mit dem Schutzgaspolster über der Isolierflüssigkeit in Verbindung steht. Dadurch soll ein zusätzlicher Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zur Isolierflüssigkeit erzielt werden. Alle diese Transformatoren müßten ab einer bestimmten Größe zusätzlich mit einem Ölauffangbehälter ausgestattet werden.The oil drip pan is not to be confused with an expansion tank provided on some transformers, the is connected to the filling chamber of the transformer via lines and absorbs the excess insulating liquid when heated. Such an expansion tank is preferably used in transformers with air or gas cushions above the insulating liquid. According to CH-PS 627 874, such a compensating vessel is attached to the cover of the transformer and is connected to the filling space of the transformer by bores, a gas-filled balloon being present in the compensating vessel, which is intended to compensate for the thermal volume changes in the insulating liquid. According to US Pat. No. 4,609,900, a cylinder-like receiving space is attached to the side of the transformer tank, in which a spring-loaded pressure piston is adjusted according to the current expansion of the insulating liquid. From DE-OS 35 28 698 a transformer with a protective gas cushion located above the insulating liquid and laterally attached to a wall of the transformer pressure vessel is known, which is also filled with protective gas and is connected via a siphon to the protective gas cushion above the insulating liquid. This is intended to provide additional protection against the penetration of moisture into the insulating liquid. From a certain size, all of these transformers would have to be additionally equipped with an oil collector.
Im Verteilungsnetz von Elektroversorgungsunternehmen (EVU) gibt es meist eine große Anzahl von Maststationen, wo der Transformator direkt auf einer Plattform zwischen zwei Masten in größerer Höhe über Bodenniveau aufgestellt wird. Das Anbringen einer Ölauffangwanne ist hier nur schwer möglich.In the distribution network of electrical supply companies (EVU) there are usually a large number of mast stations, where the transformer is placed directly on a platform between two masts at a higher height above ground level. It is difficult to attach an oil pan here.
Für die Aufstellung in Kompaktstationen wurde schon eine Kompaktbauweise für einen Transformator mit Ölkessel, der sogenannte Hermetiktransformator, entwickelt, der sehr platzsparend ist und daher auch gerne in Maststationen eingesetzt wird. Es werden aber auch Transformatoren in Halbhermetikbauweise mit und ohne Luftpolster und mit und ohne Ausgleichsgefäß sowie "atmende" Transformatoren mit Luftpolster verwendet.A compact design for a transformer with an oil boiler, the so-called hermetic transformer, has already been developed for installation in compact stations is space-saving and is therefore often used in mast stations. However, transformers in semi-hermetic construction with and without an air cushion and with and without an expansion tank as well as "breathing" transformers with an air cushion are also used.
Bei Verteilungstransformatoren im Leistungsbereich bis zu 2,5 MVA und fallweise darüber hat sich in Europa der sogenannte Wellwandkessel durchgesetzt. Die Elastizität der entsprechend dimensionierten Wellwand dieses Kessels kann die durch die Temperatur bedingten Ausdehnungen des Öles erzwungenen Volumsänderungen aufnehmen. In der Hermetikbauweise ist die Kühl- und Isolierflüssigkeit des Transformators voll von der Außenluft abgeschlossen.The so-called corrugated wall boiler has established itself in Europe for distribution transformers in the power range up to 2.5 MVA and occasionally above. The elasticity of the correspondingly dimensioned corrugated wall of this boiler can absorb the volume changes forced by the temperature-related expansion of the oil. In the hermetic design, the cooling and insulating liquid of the transformer is completely sealed off from the outside air.
In Extremfällen, z. B. bei einem groben Kurzschluß-Schadens-fall, kann es unter besonders widrigen Umständen zu einem Leckwerden bzw. sogar einem Aufplatzen des Kessels kommen. Bei Aufstellung eines Hermetiktransformators auf einer Maststation dringt das auslaufende Transformatorenöl direkt in das Erdreich ein, wobei die Entsorgung von ölverseuchtem Erdreich mit immer größeren Problemen verbunden ist.In extreme cases, e.g. B. in a gross short-circuit damage case, it can come under particularly adverse circumstances to leak or even burst the boiler. When a hermetic transformer is installed on a mast station, the leaking transformer oil penetrates directly into the ground, whereby the disposal of oil-contaminated ground is associated with ever greater problems.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator, insbesondere einen Verteilungstransformator mit Ölkessel und Ölauffangbehälter zu schaffen, der eine erhöhte Sicherheit gegen den Austritt von Öl ins Erdreich bietet, keine zusätzliche Wartung erforderlich macht und der auch als Maststation-Transformator einsetzbar ist, wobei die Kühlung des Transformators nicht unzulässig beeinträchtigt und die Funktion des Ölauffangbehälters durch athmosphärische Niederschläge nicht unwirksam wird.The object of the invention is to provide a transformer, in particular a distribution transformer with an oil tank and oil collecting container, which offers increased security against the escape of oil into the ground, does not require any additional maintenance and which can also be used as a mast station transformer, the cooling of the transformer is not adversely affected and the function of the oil collecting container is not ineffective due to atmospheric precipitation.
Wenn die Aufgabenstellung auch auf Grund der seit vielen Jahren durchgeführten Aufstellung von ölgefüllten Netztransformatoren in Voll- oder Halbhermetikausführung auf Maststationen in einem Leistungsbereich von 50 bis 630 kVA und einer höchsten Spannung für Betriebsmittel von 36 kV auf solche Transformatoren bezogen wird, so soll doch zusätzlich die allgemeine Aufgabe gelöst werden, bei Transformatoren der eingangs genannten Art eine erhöhte Betriebssicherheit in bezug auf Ölaustritt und Brand- bzw. Explosionsgefahr zu erzielen.If the task is also due to the installation of oil-filled mains transformers that has been carried out for many years in full or semi-hermetic design on mast stations in a power range from 50 to 630 kVA and a maximum voltage for equipment of 36 kV is related to such transformers, so the general task should also be solved, in transformers of the type mentioned in increased operational reliability with regard to oil leakage and the risk of fire or explosion.
Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß der Ölauffangbehälter als den Ölkessel unter Einhaltung eines den Aufnahmeraum bildenden Freiraumes zwischen den Seitenwänden umschließender Außenkessel ausgebildet ist.In principle, the object is achieved in that the oil collecting container is designed as the oil boiler while maintaining a free space between the side walls enclosing the receiving space.
Der Freiraum zwischen den beiden Kesseln ist vor dem Eindringen von Niederschlagwasser geschützt, wobei der Außenkessel einen zusätzlichen Schutz für den Innenkessel einerseits und anderseits nicht nur einen Ölauffangbehälter bei Leckwerden des Ölkessels, sondern auch im Extremfall einen Explosionsschutz beim Aufplatzen des Innenkessels bildet. Selbstverständlich ist dafür Sorge zu tragen, daß die Verlustwärme des Transformators ordnungsgemäß abgeführt wird. Um dies zu erreichen, kann der Außenkessel mit die Wärmeübertragung vom Innenraum und damit vom Ölkessel des Transformators zur Umgebungsluft verbessernden Wärmetauschflächen, z. B. Kühlrippen, versehen sein, wobei nach einer bevorzugten Ausführung der Außenkessel als Wellwandkessel ausgebildet ist.The free space between the two boilers is protected against the ingress of rainwater, whereby the outer boiler provides additional protection for the inner boiler on the one hand and on the other hand not only an oil collection container if the oil boiler leaks, but also in extreme cases an explosion protection when the inner boiler bursts open. Of course, care must be taken to ensure that the heat loss from the transformer is dissipated properly. To achieve this, the outer boiler with the heat transfer from the interior and thus from the oil boiler of the transformer to the ambient air improving heat exchange surfaces, for. B. cooling fins, provided, wherein according to a preferred embodiment, the outer boiler is designed as a corrugated wall boiler.
Zur Verhinderung eines Feuchtigkeitsniederschlags soll der zwischen den beiden Kesseln eingeschlossene Raum ausreichend belüftet sein, man wird also für ihn Be- und Entlüftungseinrichtungen vorsehen, wobei nach einer bevorzugten Ausführung dafür Sorge getragen wird, daß nur ein Teil der Verlustwärme des Transformators über die Außenwand des Außenkessels an die Umgebung abgegeben und der andere Teil dieser Verlustwärme unmittelbar über durch den Zwischenraum hindurchgeführte Luft abtransportiert wird. Um dies zu erreichen, kann man im Luftraum Luftleit- oder Umwälzeinrichtungen zur Erzeugung einer Kühlluftströmung anbringen. Eine Kühlluftströmung läßt sich z. B. unter Ausnützung der Lufterwärmung am Ölkessel dadurch erzielen, daß an einer Seite des Außenkessels von einer oberen Eintrittsöffnung ein oder mehrere Rohre isoliert bis in Bodennähe geführt und an der gegenüberliegenden Seite des Außenkessels oben Luftaustrittsöffnungen angebracht werden. Die Einlässe der Lufteintrittsleitungen werden gegen das Eindringen von Niederschlagswasser geschützt. Eine andere Möglichkeit besteht selbstverständlich darin, eine Zwangsbelüftung des Innenraumes über von Thermostaten ein- und ausschaltbare Gebläse od. dgl. vorzusehen.In order to prevent precipitation of moisture, the space enclosed between the two boilers should be adequately ventilated, so ventilation and ventilation devices will be provided for it, according to a preferred embodiment care is taken to ensure that only part of the heat loss from the transformer is released to the environment via the outer wall of the outer boiler and the other part of this heat loss is removed directly via air passed through the intermediate space. To achieve this, air guiding or circulating devices for generating a cooling air flow can be installed in the air space. A cooling air flow can, for. B. achieve by utilizing air heating on the oil boiler in that one or more pipes are insulated from one upper inlet opening on one side of the outer boiler up to near the ground and air outlet openings are made on the opposite side of the outer boiler. The inlets of the air inlet pipes are protected against the ingress of rainwater. Another possibility is of course to provide forced ventilation of the interior via fans or the like that can be switched on and off by thermostats.
Nach einer Weiterbildung ist der, wie an sich bekannt, als hermetisch abgeschlossener Wellwandkessel ausgebildete Ölkessel über wenigstens ein Überdruckventil mit dem Luftraum zwischen den Kesseln verbunden, wobei das Überdruckventil dazu dienen soll, ein Bersten des Innenkessels bei unzulässiger Druckerhöhung zu vermeiden und anderseits wegen der Ableitung des austretenden Öls in den Luftraum zwischen den beiden Kesseln eine Umweltverschmutzung vermieden wird.According to a further development, as is known per se, the oil boiler, which is constructed as a hermetically sealed corrugated wall boiler, is connected to the air space between the boilers via at least one pressure relief valve, the pressure relief valve being used to prevent the inner boiler from bursting in the event of an impermissible pressure increase and, on the other hand, because of the discharge pollution in the air space between the two boilers is avoided.
Konstruktiv empfiehlt sich eine Ausführung, nach der für die beiden Kessel ein gemeinsamer Deckel vorgesehen wird. Zur Erleichterung der Montage und von allfälligen Wartungsarbeiten kann der Ölkessel im Bodenbereich mit dem Außenkessel über lösbare Halterungen verbunden sein.In terms of design, a version is recommended according to which a common cover is provided for the two boilers. To facilitate installation and any maintenance work, the oil boiler in the floor area can be connected to the external boiler via detachable brackets.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.Further details and advantages of the subject matter of the invention can be found in the following description of the drawings.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen
- Fig. 1 in stark schematisierter Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Transformator in Vorderansicht,
- Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,
- Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 1 und
- Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teilschnitt durch zwei gegenüberliegende Wandungsteile des Öl- und Außenkessels.
- 1 in a highly schematic representation of a transformer according to the invention in front view,
- 2 is a side view of FIG. 1,
- Fig. 3 is a plan view of Fig. 1 and
- Fig. 4 on a larger scale, a partial section through two opposite wall parts of the oil and outer boiler.
Die konstruktive Ausgestaltung des Transformators in Hermetikbauweise sollte der Normalausführung z. B. nach DIN 42500 entsprechen. Der Aktivteil des Transformators, bestehend aus Eisenkern und Wicklungen ist in einen inneren als Wellwandkessel ausgebildeten Ölkessel 1 eingebaut. Die aus Transformatorenöl bestehende Isolierflüssigkeit ist in diesem Ölkessel 1 hermetisch von der Umgebungsluft abgeschlossen. Alle Armaturen, die für die Ölmanipulation und Überwachung dienen, sind am Ölkessel 1 angebracht. Von diesen Armaturen wurden eine Thermometertasche 2, ein Füllstutzen 3 mit Füllstandsanzeiger, ein Öl-Hauptablaß 4 und ein Überdruckventil 5 angedeutet.The constructive design of the transformer in hermetic construction should be the normal version z. B. according to DIN 42500. The active part of the transformer, consisting of iron core and windings, is installed in an
Den Ölkessel 1 umschließt unter Einhaltung eines Freiraumes 6 zwischen den Wellwänden 7 und 8 ein Außenkessel 9, der ebenfalls als Wellwandkessel ausgebildet ist. Für die beiden Kessel 1 und 9 ist ein gemeinsamer Abschlußdeckel 10 vorgesehen, auf dem auch die Ober- und Unterspannungsdurchführungen 11, 12 aufgebaut sind. Am Deckel 10 sind Hebeösen 13 angebracht. Der Kessel 1 ist im Bodenbereich mit dem Aussenkessel 9 über lösbare Halterungen verbunden. Ferner sind am Außenkessel 9 ein Fahrwerk 14 und Zug- und Abspannhülsen 15, 16 zum Ziehen des Transformators bzw. zu seinem Festzurren auf der Maststation angebracht. Da der Innenkessel mit dem Außenkessel lösbar verbunden ist und die Aspann- und Abstützelemente am Außenkessel 9 vorgesehen sind, können Transportbeanspruchungen leicht aufgenommen werden. An Stelle eines Fahrwerkes 14 können auch Kufen oder andere Elemente vorgesehen werden. Um den üblichen Abstand der laufrollen 14 des Fahrwerkes 14 einhalten zu können, ist der Außenkessel 9 unten gegen den Bodenbereich zu abgeschrägt.The
Die Verlustwärme des Transformators wird durch die Wellenwände 7 des Ölkessels 1 an die luft im Zwischenraum 6 abgegeben und von dieser zum Teil durch Konvektion an den Aussenkessel 9 und von diesem an die Umgebungsluft abgeführt. Ein geringfügiger Teil der Wärmeabgabe erfolgt auch durch Strahlung vom Kessel 1 auf den Kessel 9. Bei der Oberflächenbemessung des Ölkessels 1 ist die Einschaltung des Zwischenkühlkreises über den Zwischenraum 6 zu berücksichtigen, da ein anderes Temperaturgefälle herrscht als bei direkter Abgabe der Wärme vom Ölkessel an die freie Umgebungsluft. Der Außenkessel ist hinsichtlich seiner die Wärme aufnehmenden bzw. abgebenden Flächen so dimensioniert, daß die zulässigen Temperaturgrenzen des Transformators eingehalten werden. Ferner muß der Außenkessel 9 selbstverständlich bei einem Aufplatzen des Ölkessels 1 die gesamte Ölmenge dieses Kessels aufnehmen können. Eine weitere Bedingung besteht darin, daß der Außenkessel 9 bei einem Aufplatzen des Innenkessels 1 die dabei entstehende bzw. frei werdende kinetische Energie aufnimmt, ohne selbst aufzuplatzen. Athmosphärische Niederschläge werden vom Innenraum 6 ferngehalten.The heat loss of the transformer is given off through the
Um eine Kondensatbildung im Innenraum 6 zu vermeiden, ist eine Durchzugsbelüftung vorgesehen. Zu diesem Zweck führt von einer über nicht dargestellte Einrichtungen z. B. einem nach unten offenen Rohrkrümmer vor dem Niederschlagwassereintritt geschützten lufteinlaß 17 in der einen Ecke des Außenkessels 9 ein Rohr vorzugsweise wärmeisoliert bis in Bodennähe und im Bereich der diagonal gegenüberliegenden Ecke ist oben ein luftauslaß 18 vorgesehen. Für Kontrollzwecke ist überdies auch der Außenkessel 9 mit einem Ablaß 19 versehen.In order to avoid the formation of condensate in the
Der Aulaß des Überdruckventiles 5 führt in den Zwischenraum 6, wodurch sichergestellt wird, daß bei einem Ansprechen des Ventils kein Öl ins Freie entweichen kann. Es ist auch möglich, das Überdruckventil als Fühler für einen Schutzschalter des Transformators auszubilden.The outlet of the
Gegenüber einem normale Öltransformator bzw. Hermetiktransformator ergeben sich durch den Außenkessel größere Hauptabmessungen. Diese sind allerdings immer noch wesentlich kleiner als die entsprechenden Abmessungen von Trocken- und Gießharztransformatoren gleicher leistung mit einem Gehäuse.Compared to a normal oil transformer or hermetic transformer, the main boiler has larger main dimensions. However, these are still much smaller than the corresponding dimensions of dry and cast resin transformers with the same performance with one housing.
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