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Dokumentenidentifikation DE10035948A1 07.02.2002
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen
Anmelder Alstom, Paris, FR
Erfinder Häger, Karl-Heinz, 41236 Mönchengladbach, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 21.07.2000
DE-Aktenzeichen 10035948
Offenlegungstag 07.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.02.2002
IPC-Hauptklasse H01B 19/02
IPC-Nebenklasse H01F 27/14   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts beschrieben, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen. Bei dem Gerät ist ein Aktivteil mit einer Isolation aus zellulosehaltigen Materialien in einem Kessel untergebracht. Ein erhitztes Gas wird in den Kessel eingebracht (11). Danach wird der Kessel evakuiert (13).

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen, wobei bei dem Gerät ein Aktivteil mit einer Isolation aus zellulosehaltigen Materialien in einem Kessel untergebracht ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung.

Es ist bekannt, dass die Isolation beispielsweise eines ölisolierten Transformators über seine Betriebsdauer Wasser aufnimmt. Weiterhin wird durch den Abbau von Zellulose unter Einwirkung von Wärme Wasser erzeugt. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit des Transformators beeinträchtigt. Für den weiteren Betrieb des Transformators muss dieser Mangel behoben werden. Dies wird als Trocknen der Isolation des Transformators bezeichnet.

Hierzu ist es möglich, den gebrauchten Transformator außer Betrieb zu nehmen, das Öl abzulassen und das Aktivteil aus dem Kessel des Transformators auszubauen. Danach kann das Aktivteil mit der wasserhaltigen Isolation in entsprechend großen Öfen getrocknet werden, indem das Wasser der Isolation entzogen wird. Ersichtlich ist dieses Verfahren nicht vor Ort durchführbar und deshalb schon allein aus diesem Grund mit einem erheblichen Aufwand verbunden.

Für eine Vor-Ort-Trocknung der Isolation des Transformators ist es bekannt, das Öl abzulassen und eine hygroskopische Hilfsflüssigkeit in den Kessel des Transformators zu füllen. Dieses Verfahren ist in der DE 195 47 850 A1 beschrieben. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht unter anderem darin, dass durch die Kontamination der Isolation mit der Hilfsflüssigkeit anschließend das wieder eingefüllte Öl nicht mehr seine ursprünglichen Eigenschaften besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts zu schaffen, das mit einem möglichst geringen Aufwand vor Ort durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erhitztes Gas in den Kessel eingebracht wird, und dass danach der Kessel evakuiert wird. Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß entsprechend gelöst.

Das Verfahren kann vor Ort ausgeführt werden. Es ist nur erforderlich, dass in dem Kessel kein Öl enthalten ist. Danach kann das erhitzte Gas dem Kessel und damit der Isolation des Transformators zugeführt werden. Durch das erhitzte Gas wird die Isolation erwärmt, was dazu führt, dass das in der Isolation enthaltene Wasser verdampft. Dieser Wasserdampf wird von dem erhitzten Gas aufgenommen. Durch die nachfolgende Evakuierung des Kessels wird der in dem erhitzten Gas enthaltene Wasserdampf aus dem Kessel ausgeschieden. Damit wird insgesamt die Isolation des Transformators getrocknet.

Aufgrund der Verwendung von erhitztem Gas findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Verunreinigung des Transformators statt.

Ebenfalls ist der Aufwand für die Durchführung des Verfahrens sehr gering. Im Wesentlichen ist hierzu nur ein Gebläse für die Zuführung des erhitzten Gases in den Kessel sowie eine Vakuumpumpe erforderlich. Diese Bauteile können mobil beispielsweise auf einem Fahrzug untergebracht werden, so dass die gesamte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einfacher Weise transportabel ist.

Die Erfindung kann, wie eingangs beschrieben, bei einem gebrauchten Transformator angewendet werden. In diesem Fall muss vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Öl aus dem Kessel abgelassen werden. Dieses Öl kann in einem mobilen Tank aufgefangen und später wieder unter Vakuum in den Kessel eingefüllt werden.

Die Erfindung kann ebenfalls bei einem neuen Transformator zur Anwendung kommen. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, sobald der Transformator mit dem in dem Kessel enthaltenen Aktivteil an seinem Bestimmungsort aufgebaut ist. Nach der Durchführung des Verfahrens kann dann das Öl in den Kessel eingefüllt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei dem das Aktivteil eine Wicklung aufweist, die mit der Isolation versehen ist, wird die Temperatur der Wicklung durch eine Messung des ohmschen Widerstands der Wicklung ermittelt.

Mit dieser Maßnahme ist es möglich, den gesamten Trocknungsvorgang genau zu überwachen und entsprechend zu steuern und/oder zu regeln. Durch die Messung der Temperatur der Wicklung kann sicher verhindert werden, dass das Trocknen der Isolation des Transformators mit einer zu hohen Temperatur durchgeführt wird, so dass auf diese Weise mögliche Schaden an dem Transformator durch den Trocknungsvorgang sicher verhindert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Anteil des Wasserdampfes in der in dem Kessel enthaltenen Luft gemessen, und es wird daraus auf den Anteil des noch in der Isolation enthaltenen Wassers geschlossen.

Durch diese Maßnahme kann festgestellt werden, wieweit der Trocknungsvorgang der Isolation des Transformators bereits vorangeschritten ist. Insbesondere kann durch die Messung der Restfeuchte ermittelt werden, ob das gesamte erfindungsgemäße Verfahren nochmals wiederholt werden muss.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen.

Ein elektrischer Transformator weist ein sogenanntes Aktivteil auf, bei dem ein metallischer Kern von einer Wicklung umgeben ist. Die Wicklung ist mit einer Isolation versehen, die aus zellulosehaltigen Materialen besteht.

Das Aktivteil ist in einem Kessel untergebracht, der mit Öl gefüllt ist. Das Öl wird von der Isolation aufgenommen und dient der weiteren Isolation der Wicklung von dem Kern. Weiterhin wird der Transformator mit Hilfe des Öls gekühlt. Hierzu wird das Öl in einem Kreislauf von dem Aktivteil zu Kühlvorrichtungen und wieder zurück zu dem Aktivteil geführt.

Die Betriebstemperatur des Transformatoröls beträgt im normalen Betrieb bis etwa 100 Grad Celsius. Nach einer Betriebsdauer von etwa 10 bis 20 Jahren zerfällt langsam die Zellulose der Isolation. Bei diesem Prozess entsteht Wasser, das dann in der Isolation enthalten ist. Dieses Wasser vermindert die isolierende Wirkung der Isolation und damit die Spannungsfestigkeit des Aktivteils.

Mit dem nachfolgend erläuterten Verfahren kann das Wasser wieder der Isolation entzogen werden. Dies wird auch als Trocknen der Isolation des Transformators bezeichnet. Das Verfahren kann dabei vor Ort, also ohne einen Abbau oder Transport des Transformators durchgeführt werden. Für die Durchführung des Verfahrens muss der Transformator abgeschaltet werden.

Gemäß dem Block 10 der Figur wird zuerst das Öl aus dem Kessel abgelassen. Das Öl kann z. B. in einem mobilen Tank aufgefangen werden. Die Ölleitungen zu den Kühlvorrichtungen können abmontiert und/oder mit Schiebern oder dergleichen geschlossen werden.

Dann wird ein Heissluftgebläse und eine Vakuumpumpe an den Kessel angeschlossen. Der Lufteintritt für das Heissluftgebläse bzw. die Vakuumpumpe sollte dabei möglichst unten an einem Ende des Kessels und der Luftaustritt möglichst diagonal oben am anderen Ende des Kessels erfolgen. Für den Luftein- und austritt können insbesondere die Anschlüsse für die Ölleitungen zu den Kühlvorrichtungen oder zu einer Ölaufbereitungsanlage verwendet werden.

Das Heissluftgebläse und die Vakuumpumpe sind mit Ventilen oder Schiebern oder dergleichen versehen, so dass die Beaufschlagung des Kessels mit Heissluft oder mit Vakuum unabhängig voneinander steuerbar ist. Weiterhin ist das Heissluftgeblase derart ausgebildet, dass die Heissluft in einem Kreislauf geführt werden kann.

Gemäß dem Block 11 wird nunmehr Heissluft in den Kessel eingeblasen. Die Heissluft weist dabei eine möglichst hohe Temperatur auf, höchstens jedoch eine Temperatur von 120 Grad Celsius. Durch die Heissluft wird die Isolation und die Wicklung des Aktivteils erwärmt. Die Erwärmung erfolgt dabei von außen nach innen, es wird also zuerst die Isolation und dann die Wicklung erwärmt.

Zur Überwachung der Temperatur der Isolation wird der ohmsche Widerstand der Wicklung überwacht. Über einen vorab ermittelten Zusammenhang zwischen der Temperatur der Wicklung und dem Widerstand der Wicklung wird dabei bei Gleichstrom von dem gemessenen ohmschen Widerstand der Wicklung auf deren Temperatur geschlossen. Weiterhin wird angenommen, dass die Temperatur der Wicklung - gegebenenfalls mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung - im Wesentlichen der Temperatur der Isolation entspricht.

Die Zuführung von Heissluft in den Kessel wird derart gesteuert und/oder geregelt, dass die Temperatur der Isolation etwa 100 bis maximal 120 Grad Celsius aufweist. Durch die Beschränkung der Temperatur der Heissluft auf 120 Grad Celsius wird erreicht, dass auch die Temperatur der Isolation in keinem Fall 120 Grad Celsius überschreitet. Ferner wird sichergestellt, dass beim Aufheizen der Wicklung in der Isolation keine Wärmenester (Hot-Spots) entstehen.

Die Heissluft wird nun für eine Erwärmungszeitdauer im Kreislauf dem Kessel zugeführt. Die Temperatur der Isolation wird laufend überwacht. Gegebenenfalls wird die Temperatur der Heissluft derart beeinflusst, dass die Temperatur der Isolation sich in dem erwünschten Bereich befindet. Dies ist in der Figur mit der Rückkopplung 12 gekennzeichnet.

Durch die Heissluft und die damit erwärmte Isolation wird das Wasser in der Isolation zum Verdampfen gebracht. Das Wasser löst sich dadurch aus der Isolation und wird als Wasserdampf abgeschieden und von der Heissluft aufgenommen.

Die Erwärmungszeitdauer kann fest vorgegeben werden. Ebenfalls ist es möglich, die Erwärmungszeitdauer in Abhängigkeit von der Temperatur der Isolation zu bestimmen.

Gemäß dem Block 13 der Figur wird nach Ablauf der Erwärmungszeitdauer keine Heissluft mehr dem Kessel zugeführt, sondern der Kessel wird evakuiert. Hierzu werden die bereits erwähnten Ventile oder Schieber derart umgesteuert, dass nicht mehr das Heissluftgebläse, sondern nunmehr die Vakuumpumpe mit dem Kessel verbunden ist.

Der Anteil des Wasserdampfes in der in dem Kessel enthaltenen Luft wird gemessen. Diese Messung der Restfeuchte in dem Kessel kann beispielsweise bei einem Druck in dem Kessel von etwa 10 mbar über der Vakuumpumpe durchgeführt werden.

Aus dem in der Luft des Kessels enthaltenen Wasserdampfanteil kann dann wiederum auf den noch vorhandenen Wasseranteil in der Isolation geschlossen werden. Je größer dieser Wasserdampfanteil in der Luft ist, desto mehr Wasser ist noch in der Isolation vorhanden.

In Abhängigkeit von dem in der Isolation noch vorhandenen Wasser werden danach die Ventile und Schieber wieder derart umgesteuert, dass der Kreislauf für die Heissluft wieder vorhanden ist, so dass dem Kessel wieder die Heissluft zugeführt werden kann. Die Isolation wird dadurch wieder erwärmt und die bereits erläuterten Vorgänge erfolgen von Neuem. Dies ist in der Figur mit der Rückkopplung 14 gekennzeichnet.

Das beschriebene Verfahren kann so lange wiederholt werden, bis aufgrund der gemessenen Restfeuchte auf einen noch vorhandenen Wasseranteil in der Isolation geschlossen werden kann, der unter einem erwünschten Wert liegt.

Gemäß dem Schritt 15 der Figur wird dann das in dem mobilen Tank aufgefangene Öl wieder unter Vakuum in den Kessel eingezogen. Das Heissluftgebläse und die Vakuumpumpe werden entfernt und die Ölleitungen von dem Kessel zu den Kühlvorrichtungen werden wieder montiert.

Danach kann der Transformator wieder in Betrieb genommen werden.

In dem beschriebenen Heissluftkreislauf kann normale Luft verwendet werden. Es ist nicht erforderlich, hier bereits entfeuchtete Luft zuzuführen. Es ist jedoch zweckmäßig, in dem Heissluftkreislauf einen Lufttrockner oder dergleichen vorzusehen, um der Heissluft auf diese Weise bereits Wasserdampf zu entziehen.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, anstelle der Heissluft ein anderes heisses Gas zu verwenden. Das Gas muss dabei in der Lage sein, Wärme und Wasser zu transportieren.

Die beschriebene Überwachung der Temperatur der Isolation ist nicht zwingend erforderlich. An deren Stelle kann die Temperatur der Heissluft und/oder die Erwärmungszeitdauer auch derart vorgegeben werden, dass eine Überhitzung der Isolation in jedem Fall ausgeschlossen ist. Die hierfür erforderlichen Einstellgrößen können vorab anhand von Versuchen ermittelt werden.

Dem abgelassenen Öl kann zusätzlich ebenfalls darin enthaltenes Wasser entzogen werden. Alternativ ist es möglich, anstelle des abgelassenen Öls nach dem Trocknen der Isolation des Transformators den Kessel mit neuem Öl zu befüllen.

Das Heissluftgebläse und die Vakuumpumpe können auf einem Fahrzeug und damit mobil untergebracht werden. Die genannten Bauteile können dann über entsprechende Schläuche mit dem Kessel verbunden werden. Entsprechendes gilt für den bereits erwähnten Tank für das aus dem Kessel abzulassende Öl. Damit kann die gesamte Vorrichtung für das Trocknen der Isolation eines Transformators mobil aufgebaut und dem jeweiligen Transformator zugestellt werden.

Das beschriebene Verfahren zum Trocknen der Isolation eines Transformators kann auch bei einem neuen Transformator angewendet werden. In diesem Fall kommt das Verfahren zum Einsatz, bevor das Öl in den Kessel des Transformators eingefüllt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen, wobei bei dem Gerät ein Aktivteil mit einer Isolation aus zellulosehaltigen Materialien in einem Kessel untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erhitztes Gas in den Kessel eingebracht wird (11), und dass danach der Kessel evakuiert wird (13).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einem Kreislauf dem Kessel zugeführt wird (12).
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dass das Gas mit einer möglichst hohen Temperatur dem Kessel zugeführt wird, vorzugsweise jedoch höchstens mit einer Temperatur von 120 Grad Celsius.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Heissluft verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Aktivteil eine Wicklung aufweist, die mit der Isolation versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Wicklung durch eine Messung des ohmschen Widerstands der Wicklung ermittelt wird (11).
  6. 6. Verfahen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Temperatur der Wicklung auf die Temperatur der Isolation geschlossen wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Isolation auf etwa 100 bis maximal 120 Grad Celsius gesteuert und/oder geregelt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Wasserdampfes in der in dem Kessel enthaltenen Luft gemessen wird, und dass daraus auf den Anteil des noch in der Isolation enthaltenen Wassers geschlossen wird (13).
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von erhitztem Gas in den Kessel und das nachfolgende Evakuieren des Kessels wiederholt wird (14).
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel mit Öl gefüllt ist, und dass der Transformator zuerst außer Betrieb gesetzt und das Öl aus dem Kessel abgelassen wird (10).
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das abgelassene Öl unter Vakuum in den Kessel eingebracht wird (15).
  12. 12. Vorrichtung zum Trocknen einer Isolation eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Transformators oder einer Drossel oder dergleichen, wobei bei dem Gerät ein Aktivteil in einem Kessel untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel vorgesehen sind, mit denen ein erhitztes Gas in den Kessel eingebracht werden kann, und dass zweite Mittel vorgesehen sind, mit denen der Kessel danach evakuiert werden kann.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Mittel ein Heissluftgebläse und als zweite Mittel eine Vakuumpumpe vorgesehen sind.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Mittel auf einem Fahrzeug untergebracht sind.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein mobiler Tank vorgesehen ist, in den das Öl aus dem Kessel abgelassen werden kann.






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