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Dokumentenidentifikation DE10127276A1 23.01.2003
Titel Unterwassertransformator und Verfahren zum Anpassen des Drucks im Außenkessel eines Unterwassertransformators
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Eckholz, Klaus, Dr., 91154 Roth, DE;
Gutberlet, Stephan, 90556 Seukendorf, DE;
Schnieders, Johannes, 90469 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 28.05.2001
DE-Aktenzeichen 10127276
Offenlegungstag 23.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.01.2003
IPC-Hauptklasse H01F 27/02
IPC-Nebenklasse H05K 5/06   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf einen Unterwassertransformator (1, 1A) mit einem elektrischen Transformator (2) in einem Transformatorkessel (3) mit elektrischen Kontaktanschlüssen (4, 5, 6), und mit einem den Transformatorkessel (3) umschließenden, mit einer Kühlflüssigkeit (8) gefüllten Außenkessel (7) an den Druckausgleichsmittel (25, 39) angeschlossen sind. Um den Transformator (2) vergleichsweise sicher auszubilden, ist vorgesehen, dass der Außenkessel (7) unter Bildung eines Gasraumes (27) teilweise derart mit einem Gas (28) gefüllt ist, das die elektrischen Kontaktanschlüsse (4, 5, 6) vollständig in dem Gasraum (27) liegen, und die Druckausgleichsmittel (25, 39) mit dem Gasraum (27) verbunden sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Unterwassertransformator mit einem elektrischen Transformator in einem Transformatorkessel mit elektrischen Kontaktanschlüssen und mit einem den Transformatorkessel umschließenden, mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Außenkessel, an den Druckausgleichsmittel angeschlossen sind.

Ein solcher Unterwassertransformator ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 99/63555 bekannt. Bei dem bekannten Unterwassertransformator ist ein elektrischer Transformator in einem ölgefüllten Transformatorkessel angeordnet und dessen elektrische Anschlüsse sind über am Transformatorkessel vorgesehene Kontaktanschlüsse aus dem Transformatorkessel herausgeführt. Der Transformatorkessel ist innerhalb eines Außenkessels angeordnet, der vollständig mit Transformatoröl als Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Die Kontaktanschlüsse sind mit Anschlussvorrichtungen kontaktiert und über druckfeste Kabeldurchführungen durch den Außenkessel nach außen geführt. Zum Anpassen des Drucks im Außenkessel des Unterwassertransformators an den Wasserdruck des den Außenkessel umgebenden Wassers sind Druckausgleichsmittel vorgesehen. Bei der bekannten Anordnung ist der Außenkessel relativ dünnwandig ausgebildet, da er wegen der Druckausgleichsmittel nur eine geringe Druckbelastbarkeit aufweisen muss. Bei einem Leck im Außenkessel sammelt sich dadurch eingedrungenes Wasser aufgrund seines im Vergleich zum Transformatoröl höheren spezifischen Gewichts am Boden des Außenkessels.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 72 443 ist weiterhin ein herkömmlicher Transformator in einem Transformatorkessel bekannt. Die elektrischen Anschlüsse des Transformators sind über am Transformatorkessel angeordnete Kontaktanschlüsse nach außen in die Luftatmosphäre geführt. Im Transformatorkessel ist Öl als Kühl- und Isolationsflüssigkeit vorgesehen; allerdings ist der Transformatorkessel nicht vollständig mit Öl gefüllt. Oberhalb des sich dadurch ergebenden Ölspiegels ist ein Gasraum gebildet, der mit gasförmigen Stickstoff gefüllt ist. Um bei dem bekannten Transformator das Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere bei Transport und Lagerung, in den Transformatorkessel zu vermeiden, wird das Innere des Transformatorkessels unter leichtem Überdruck gegenüber der äußeren Luftatmosphäre gehalten. Gleichzeitig werden durch Temperaturänderungen des Öls bedingte Volumenänderungen innerhalb des Transformatorkessels entsprechend aufgenommen. Dazu ist eine druckgesteuerte Automatik mit Vorratsflaschen für Stickstoff vorgesehen, mit der durch eine Temperaturänderung des Öls verdrängter Stickstoff in am Transformator angebauten Vorratsflaschen komprimiert wird, wenn der Innendruck im Transformator den gewünschten leichten Überdruck gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck übersteigt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator der erstgenannten Art anzugeben, der vergleichsweise sicher ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird bei einem Unterwassertransformator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Außenkessel unter Bildung eines Gasraumes teilweise derart mit einem Gas gefüllt ist, dass die elektrischen Kontaktanschlüsse vollständig in den Gasraum liegen und die Druckausgleichsmittel mit dem Gasraum verbunden sind.

Dadurch, dass die Kontaktanschlüsse vollständig in dem gasgefüllten Gasraum angeordnet sind, ist die elektrische Isolation zwischen den Kontaktanschlüssen durch das Gas und nicht durch die Kühlflüssigkeit gebildet. Bei einem Eindringen von Wasser durch ein Leck im Außenkessel des Unterwassertransformators ändert sich zwar der Wassergehalt der Kühlflüssigkeit und es sinkt damit auch deren elektrische Durchschlagsfestigkeit, allerdings gelangt die Kühlflüssigkeit bei dem erfindungsgemäßen Unterwassertransformator nicht an die Kontaktanschlüsse, was hingegen beim Unterwassertransformator nach dem Stand der Technik gerade vorgesehen ist. Daher ist beim erfindungsgemässen Unterwassertransformator die elektrische Durchschlagsfestigkeit zwischen jeweils zwei Kontaktanschlüssen auch bei einem Eindringen von Wasser in den Außenkessel unbeeinflusst, so dass er eine höhere Sicherheit als der Unterwassertransformator nach dem Stand der Technik bietet.

Bevorzugt weisen die Druckausgleichsmittel eine Steuereinrichtung zur gesteuerten Gaszufuhr in den Außenkessel in Abhängigkeit von den Ausgangsgrößen einer Sensoranordnung des Außenkessels auf. Mit der Sensoranordnung können vorteilhaft verschiedene Messgrößen erfasst werden, anhand derer die Gaszufuhr mit der Steuereinrichtung steuerbar ist.

Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung einen Flüssigkeitsstandsensor zur Erfassung des Stands der Kühlflüssigkeit auf. Anhand des mit der Sensoranordnung erfassten Flüssigkeitsstands kann mit der Steuereinrichtung vorteilhaft ermittelt werden, ob das Volumen des Gasraums ausreichend groß ist, damit die Kontaktanschlüsse in dem Gasraum liegen. Geht man davon aus, dass aus dem Außenkessel keine Flüssigkeit entweichen kann und auch keine Flüssigkeit in den Außenkessel eintreten kann und ist weiterhin eine gewisse Verformung der Wände des Außenkessels zulässig, so gibt der Stand der Kühlflüssigkeit auch darüber Auskunft, ob der Druck im Außenkessel an den Wasserdruck des den Außenkessel umgebenden Wassers angepasst ist. Ist nämlich der Druck im Außenkessel größer als der umgebende Wasserdruck, so beulen sich die Wände des Außenkessels nach außen, so dass das Volumen des Außenkessels vergrößert ist und der Stand der Kühlflüssigkeit entsprechend absinkt. Im umgekehrten Fall wölben sich die Wände des Außenkessels nach innen, so dass der Stand der Flüssigkeit ansteigt. Es ist also unter den angegebenen Bedingungen möglich, durch entsprechende Steuerung unter Berücksichtigung allein des Stands der Flüssigkeit eine Anpassung des Drucks im Außenkessel an den Druck aus den Außenkessel umgebenden Wassers vorzunehmen und gleichzeitig das Volumen des Gasraums wie gewünscht einzustellen.

Die Sensoranordnung kann noch eine Reihe von anderen Arten von Sensoren, beispielsweise für die Temperatur im Außenkessel, aufweisen. Bevorzugt weist die Sensoranordnung noch einen ersten Drucksensor zur Erfassung des Drucks im Außenkessel und einen zweiten Drucksensor zur Erfassung des Außendrucks am Außenkessel. Anhand der mit den beiden Drucksensoren erfassten Druckwerte kann ein Anpassen des Drucks im Außenkessel in den Außendruck besonders einfach gesteuert werden, wobei insbesondere eine mechanische Belastung der Wände des Außenkessels gering gehalten werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung vom Außenkessel entfernt angeordnet. Dadurch kann die Steuereinrichtung beispielsweise oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sein, so dass sie keine besonderen Anforderungen hinsichtlich Feuchtigkeit oder Flüssigkeitsfestigkeit oder auch Druckfestigkeit aufweisen muss.

Zum Druckausgleich und auch zum Bemessen des Volumens des Gasraums, muss dem Gasraum über die Druckausgleichsmittel Gas zugeführt werden können. Das dabei zugeführte Gas kann dazu beispielsweise mittels eines Kompressors der Luftatmosphäre entnommen werden. Bevorzugt weisen die Druckausgleichsmittel jedoch einen Gasvorrat auf, der gesteuert durch die Steuereinrichtung mit dem Gasraum verbindbar ist. Zur Bevorratung des Gases können beispielsweise gängige Gasdruckflaschen vorgesehen sein.

Der Gasvorrat kann beispielsweise am Außenkessel selbst montiert und insbesondere im Außenkessel untergebracht sein. Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der Gasvorrat vom Außenkessel entfernt angeordnet und über eine Druckleitung mit dem Gasraum verbindbar. Dadurch kann der Gasraum beispielsweise auch oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sein, so dass der Gasvorrat leicht ausgewechselt oder nachgefüllt oder sogar auch durch einen Kompressor oder eine entsprechende Gaspumpe ersetzt werden kann, mit deren Hilfe auch Luft, beispielsweise getrocknete Luft oder Atmosphärenluft anstelle von Gas in den Außenkessel gepumpt werden kann. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Außenkessel ein größeres Leck aufweist, durch das Gas aus dem Außenkessel entweicht, so dass ständig eine große Menge an Gas oder Luft in den Außenkessel nachgeführt werden muss, um sicherzustellen, dass die elektrischen Kontakte in den Gasraum liegen. Es ist offensichtlich, dass in so einem Fall der Gasvorrat nach einer gewissen Zeit verbraucht wäre, wohingegen mittels eines Kompressors anstelle von Gas in den Außenkessel gepumpte Atmosphärenluft nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht. Selbstverständlich sollte der Unterwassertransformator bei einem solchen Leck möglichst schnell zurück an die Wasseroberfläche geführt werden, um entsprechende Reparaturarbeiten vornehmen zu können.

Vorzugsweise sind die Druckausgleichsmittel zum Abbau eines in dem Außenkessel plötzlich auftretenden Überdrucks gegenüber dem Außendruck ausgebildet. Dadurch kann bei einem Fehler in dem Außenkessel ein durch den Fehler plötzlich erzeugter Überdruck abgebaut werden, so dass eine Beschädigung des Außenkessels durch einen solchen Überdruck vermieden ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anpassen des Drucks im Außenkessel eines Unterwassertransformators an dem Wasserdruck, wobei der Unterwassertransformator einen in dem Außenkessel untergebrachten Transformator innerhalb eines Transformatorkessels aufweist, der mit elektrischen Kontaktanschlüssen versehen ist und wobei der Außenkessel mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist.

Ein solches Verfahren ist ebenfalls aus der eingangs schon beschriebenen veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 99/63555 bekannt. Dabei wird der Druck im Außenkessel eines vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Unterwassertransformators über Druckausgleichsmittel an den umgebenden Wasserdruck angepasst. Wesentlich bei dem bekannten Verfahren ist, dass weder im Außenkessel noch im Transformatorkessel Luft oder Gas vorhanden ist, um eine unzulässige mechanische Belastung des Außenkessels und auch des Transformatorkessels zu vermeiden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, das einen vergleichsweise sicheren Betrieb des Unterwassertransformators erlaubt.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Anpassen des Drucks in dem Außenkessel ein Gasraum derart gebildet wird, dass die elektrischen Kontaktanschlüsse stets vollständig in dem Gasraum liegen. Dadurch ist die elektrische Sicherheit erhöht, da die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Kontaktanschlüssen bei einem Eindringen von Wasser in den Außenkessel nicht beeinflusst ist.

Die Anpassung des Drucks im Außenkessel kann beispielsweise unter Berücksichtigung der Temperatur im Außenkessel und des Wasserdrucks erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Anpassung des Drucks im Außenkessel unter Berücksichtigung des Stands der Kühlflüssigkeit. Der Stand der Kühlflüssigkeit bildet, sofern eine gewisse Aus- oder Einbeulung der Wände des Außenkessels zulässig ist und sich die Masse der Flüssigkeit im Außenkessel nicht ändert, ein zuverlässiges Kriterium, anhand dessen nicht nur das Volumen des Gasraums eingestellt werden kann, sondern auch die Druckanpassung erfolgen kann.

Bevorzugt wird dem Gasraum Gas aus einem mit dem Unterwassertransformator mitgeführten Gasvorrat zugeführt. Dadurch, dass der Gasvorrat mit dem Unterwassertransformator mitgeführt ist, ist er in dessen räumlicher Nähe angeordnet, so dass eine notwendige Zufuhr von Gas in den Gasraum zur Druckregulierung ohne nennenswerte Verzögerungszeiten erfolgen kann.

Nach einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird dem Gasraum Gas über eine Druckleitung von oberhalb der Wasseroberfläche zugeführt. Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass der Gasvorrat ohne großen Aufwand ausgewechselt werden kann und dass sofern aufgrund eines Fehlers kein Gasvorrat zur Verfügung steht, anstelle des Gasvorrats über die Druckleitung Atmosphärenluft in den Außenraum zugeführt werden kann.

Der Unterwassertransformator und das Verfahren zum Anpassen des Drucks im Außenkessel eines Unterwassertransformators wird näher anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten Unterwassertransformator mit am Außenkessel angeordneten Druckausgleichsmitteln und

Fig. 2 einen weiteren Unterwassertransformator mit Druckausgleichsmitteln, die im wesentlichen oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt einen unter Wasser 10 angeordneten Unterwassertransformator 1 mit einem elektrischen Transformator 2 in einem Transformatorkessel 3. Der Transformatorkessel 3 ist in einem Außenkessel 7 angeordnet und von diesem umschlossen. In dem Außenkessel 7 ist außerdem eine Kühlflüssigkeit 8 vorgesehen. Der Transformatorkessel 3 ist ebenfalls mit einer weiteren Kühlflüssigkeit 9 aufgefüllt, so dass im Betrieb des Transformators 2 entstehende Wärme über die Kühlflüssigkeit 9 durch den Transformatorkessel 3 hindurch an die Kühlflüssigkeit 8 und von dieser durch den Außenkessel hindurch an das den Unterwassertransformator 1 umgebende Wasser 10 abgegeben werden kann.

Der Transformatorkessel 3 ist mit elektrischen Kontaktanschlüssen 4, 5 und 6 ausgestattet. Diese liegen im oberen Bereich des Transformatorkessels 3. Der Übersichtlichkeit halber sind auch nur diese drei Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 dargestellt. Die tatsächlich notwendige Anzahl von Kontaktanschlüssen ergibt sich aus der Anzahl der Phasen, für die der Transformator 2 ausgebildet ist; üblicherweise sind pro Phase zwei oder mehr Kontaktanschlüsse erforderlich.

Über die elektrischen Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 sind die elektrischen Anschlüsse 12, 13 und 14 des Transformators 23 durch den Transformatorkessel 3 hindurch in den Außenkessel 7 und weiter über elektrische Verbindungen 15, 16 und 17 zu Außenanschlüssen 18, 19 und 20 am Außenkessel 7 geführt. Die Außenanschlüsse 18, 19 und 20 und auch die elektrischen Verbindungen 15, 16 und 17 sind ebenfalls im oberen Bereich des Außenkessels 7 angeordnet. Im vorliegenden Fall sind die elektrischen Verbindungen 15, 16 und 17 über je ein Anschlusselement 29, 30 bzw. 31 lösbar mit den Kontaktanschlüssen 4, 5 bzw. 6 verbunden. Über die Außenanschlüsse 18, 19 und 20 ist der Transformator über elektrische Verbindungsleitungen 21, 22 bzw. 23 zu seinem Betrieb angeschlossen; die elektrischen Verbindungsleitungen 21, 22 und 23 sind in der Fig. 1 nicht vollständig dargestellt; sie können beliebig unter Wasser 10 oder beispielsweise auch an die Wasseroberfläche 11 geführt werden.

Zum Druckausgleich zwischen dem im Transformatorkessel 3 herrschenden Kesseldruck P1 und dem Außenkessel herrschenden Druck P2 ist eine Druckausgleichsvorrichtung 24 vorgesehen. Diese kann nach bekannter Art beispielsweise mit einem Faltenbalg 24A ausgebildet sein.

Zum Anpassen des im Außenkessel herrschenden Drucks P2 an den Wasserdruck P3 des den Außenkessel 7 umgebenden Wassers 10 sind Mittel zum Druckausgleich 25 vorgesehen. Die Druckausgleichsmittel 25 sind über eine Verbindungsleitung 26 mit einem im Außenkessel 7 vorhandenen Gasraum 27 verbunden. Der Gasraum 27 ist dadurch gebildet, dass der Außenkessel 7 nur teilweise mit der Kühlflüssigkeit 8 gefüllt und der verbleibende Teil mit einem Gas 28 gefüllt ist. Der Gasraum 27 ist derart gebildet, dass die elektrischen Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 vollständig in den Gasraum 27 liegen. Er ist also hinsichtlich seines Volumens V1 so bemessen, dass die Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 von Kühlflüssigkeit 8 freigehalten sind. Durch diese Ausführung sind die Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 durch das Gas 28 und nicht durch die Kühlflüssigkeit 8 elektrisch gegeneinander isoliert. Bei einem Eindringen von Wasser 10 in den Außenkessel 7 durch ein möglicherweise auftretendes Leck, nimmt die Kühlflüssigkeit 8 zwar eingedrungenes Wasser 10 auf, so dass sich deren elektrische Durchschlagsfestigkeit absenkt; da die Kühlflüssigkeit 8 aber nicht an die Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 gelangt, ist die Gefahr eines elektrischen Überschlags zwischen zwei der Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 nicht gegeben. Die Durchschlagsfestigkeit zwischen den Kontaktanschlüssen 4, 5 und 6 ist also durch möglicherweise in den Außenkessel 7 eingedrungenes Wasser 10 unbeeinflusst.

Die Mittel zum Druckausgleich 25 weisen einen Gasvorrat 32 auf, in dem das Gas 28 bevorratet ist. Als Gas 28 kann beispielsweise Stickstoffgas oder SF6 oder auch getrocknete Luft verwendet werden. Der Gasvorrat 32 ist über ein steuerbares Ventil 33 und über die Verbindungsleitung 26 mit dem Gasraum 27 zur Zufuhr von Gas 28 verbindbar. Um Gas 28 in den Gasraum 27 zuführen zu können, muss es im Gasvorrat 32 unter einem Druck P4 gespeichert sein, der höher ist als der höchste auftretende Wert für den Druck P2 im Außenkessel 7. Das Ventil 33 kann - gesteuert über eine Steuereinrichtung 34 - geöffnet oder geschlossen werden. Das Schließen oder Öffnen des Ventils 33 durch die Steuereinrichtung 34 erfolgt unter Berücksichtigung des Stands 35 der Kühlflüssigkeit 8 im Außenkessel 7. Dieser Füllstand 35 wird mittels eines zu einer Sensoreinrichtung 36 gehörigen Flüssigkeitsstandssensors 36A erfasst und als Ausgangsgröße A1 an der Sensoranordnung 36 der Steuereinrichtung 34 zugeleitet.

Das Verfahren zum Druckausgleich zwischen dem Druck P2 im Außenkessel 7 und dem Wasserdruck P3 wird im folgenden erläutert, wobei zunächst davon ausgegangen wird, dass in den Außenkessel 7 weder Flüssigkeit eindringen noch aus diesem entweichen kann.

Der Stand 35 der Kühlflüssigkeit 8 wird in geeigneten Zeitabständen erfasst. Liegt der Druck P2 unterhalb des Drucks P3, so wölben sich die Wände 37 des Außenkessels nach innen, so dass das Gesamtvolumen V2 des Außenkessels verkleinert ist. Dadurch steigt der Stand 35 der Kühlflüssigkeit 8 im Außenkessel an und verkleinert das Volumen V1 des Gasraums 27, da die Kühlflüssigkeit 8 nahezu inkompressibel ist und dementsprechend das Gas 28 komprimiert wird. Der erhöhte Flüssigkeitsstand 35 wird mit der Sensoreinrichtung 36 erfasst und der Steuereinrichtung 34 zugeleitet. Liegt der erhöhte Flüssigkeitstand 35 oberhalb eines Grenzwerts SO, dann wird das Ventil 33 mit der Steuereinrichtung 34 geöffnet und dadurch der Gasvorrat 28 mit dem Gasraum 27 verbunden. Dabei wird Gas 28 aus dem Gasvorrat 32 in den Gasraum 27 zugeführt. Dabei steigt der Druck P2 im Außenkessel 7 an und das Volumen V1 des Gasraums 27 vergrößert sich. Die Zufuhr von Gas 28 in den Gasraum 27 erfolgt solange, bis der Flüssigkeitsstand 35 der Kühlflüssigkeit 8 einen vorgegebenen Sollwert S erreicht hat. Durch die Zufuhr von Gas 28 in den Gasraum 27 und der damit verbundenen Erhöhung des Drucks P2 im Außenkessel 7 erfolgt eine Anpassung dieses Drucks P2 an den Wasserdruck P3 und gleichzeitig bleibt sichergestellt, dass keine Kühlflüssigkeit 8 an die Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 gelangt, diese also stets im Gasraum 27 liegen.

Im umgekehrten Fall, also wenn der Wasserdruck P3 geringer wird als der Druck 2 im Außenkessel 7, wölben sich die Wände 37 des Außenkessels nach außen, so dass das Gesamtvolumen V2 des Außenkessels 7 vergrößert ist und der Stand 35 der Kühlflüssigkeit 8 absinkt. Dieses Absinken des Stands 35 der Kühlflüssigkeit 8 wird ebenfalls über die Sensoranordnung 36 erfasst und von der Steuereinrichtung 34 ausgewertet. Erreicht der Stand 35 der Kühlflüssigkeit einen unteren Grenzwert SU, dann wird mit der Steuereinrichtung 34 gesteuert ein Ventil 38 geöffnet, über das Gas 28 aus dem Gasraum 27 aus dem Außenkessel 7 abgelassen wird. Dadurch sinkt der Druck P2 im Außenkessel 7, die Wölbung der Wände 37 des Außenkessels 7 verringert sich und der Stand 35 der Kühlflüssigkeit 8 steigt an. Dies wird durch die Sensoranordnung 36 erfasst und der Steuereinrichtung 34 zugeleitet, die bei Erreichen des Sollwerts S für den Stand 35 der Kühlflüssigkeit 8 das Ventil 38 gesteuert schließt.

Mit den Druckausgleichsmitteln 25, die die Steuereinrichtung 34, dem Gasvorrat 32, die Verbindungsleitung 26, das Ventil 33, das Ventil 38 und die Sensoranordnung 36 umfassen, wird also das Volumen V1 durch gesteuerte Zufuhr von Gas 28 in den Gasraum 27 bzw. durch gesteuerte Abfuhr von Gas 28 aus dem Gasraum 27 eingestellt. Es wird also die Menge des Gases 28im Außenkessel 7 so bemessen, dass der Druck P2 nahezu gleich dem Druck P3 ist oder leicht oberhalb des Drucks P3 liegt und dass die Kontaktanschlüsse 4, 5 und 6 vollständig in dem Gas 28 liegen. Das Einstellen des Drucks P2 mit leichtem Überdruck zu P3 bietet den Vorteil, dass bei einem Leck im Außenkessel 7 ein Eindringen von Flüssigkeit von außerhalb des Außenkessels 7 verhindert wird.

Aus der Tatsache, dass bei einem Leck im Außenkessel 7 ständig Gas in den Außenkessel 7 zugeführt werden muss, erkannt werden, dass das Leck vorliegt. Die ständige Gaszufuhr in den Außenkessel 7 wird ja im Prinzip automatisch von der Steuereinrichtung 34 über die Sensoranordnung erfasst. Zur Erfassung eines Lecks im Außenkessel 7 kann die Sensoranordnung 36 aber zusätzlich auch noch einen Feuchtigkeitssensor (nicht dargestellt) umfassen, der im Bodenbereich des Außenkessels 7 angeordnet ist und mit dem eingedrungenen Wasser detektiert werden kann.

Eine andere Möglichkeit der Bemessung des Volumens V1 des Gasraums 27 besteht darin, die Temperatur des Gases so einzustellen, dass das Volumen V1 bei fester Gasmenge im Außenkessel 7 erreicht ist und der Druck P2 an dem Druck P2 angepasst ist. Dazu können die Mittel zum Druckausgleich eine nicht näher dargestellte Heizeinrichtung aufweisen, mit der der Gasraum 27 beheizbar ist.

Das beschriebene Verfahren zum Druckausgleich geht zunächst davon aus, dass in dem Außenkessel 7 keine Flüssigkeit (Wasser 10) eindringen und dem Außenkessel 7 auch keine Flüssigkeit entweichen kann und geht weiterhin davon aus, dass eine Wölbung/Beulung der Wände 37 des Außenkessels 7 verbunden mit der dabei auftretenden mechanischen Belastung zulässig ist.

Um die mechanische Belastung der Wände 37 des Außenkessels möglichst gering zu halten, kann die Anpassung des Drucks P2 an den Wasserdruck P3 auch unter zusätzlicher Erfassung dieser Drücke P2 bzw. P3 selbst erfolgen; die Sensoranordnung 36 umfasst dann weitere zusätzliche Sensoren einmal zur Erfassung des Drucks P2 im Außenkessel und zur Erfassung des Wasserdrucks P3 (siehe hierzu Fig. 2). Ebenso kann die Steuereinrichtung 34 oder der Gasraum 32 entfernt vom Außenkessel 7 angeordnet sein (siehe dazu auch Fig. 2).

Mit dem beschriebenen Verfahren kann das Anpassen des Drucks P2 im Außenkessel 7 an den Wasserdruck P3 insbesondere während eines Absenkens des Unterwassertransformators 1 unter Wasser 10 an seinen Betriebsort oder umgekehrt beim Heraufholen des Unterwassertransformators 1 von dort an die Wasseroberfläche 11 erfolgen. Dabei ist eine kontinuierliche Druckanpassung des Drucks P2 im Außenkessel 7 an einen sich erheblich ändernden Wasserdruck P3 erforderlich.

Das Ventil 38 kann im übrigen auch so ausgebildet sein, dass es bei einem plötzlich auftretenden Überdruck des Drucks P2 gegenüber dem Druck P3 öffnet, so dass dieser Druck auch schnell abgebaut wird. Dafür kann zusätzlich zu dem Ventil 38 auch ein Überdruckventil vorgesehen sein.

In Fig. 2 ist ein Unterwassertransformator 1A mit modifizierten Mitteln 39 zum Druckausgleich dargestellt. Hier ist die Steuereinrichtung 34 entfernt vom Außenkessel 7 angeordnet und über entsprechend lange Verbindungsleitungen 40, 41 und 42 mit der Sensoranordnung 49 verbunden. Im weiteren Unterschied ist der Gasvorrat 32 ebenfalls entfernt vom Außenkessel 7 angeordnet und über eine entsprechend lange als Druckleitung ausgebildete Verbindungsleitung 26 mit dem Gasraum 27 verbunden. Der Gasvorrat 32 kann bei dieser Ausgestaltung leicht ausgewechselt werden oder nachgefüllt werden, da er sich leicht zugänglich oberhalb der Wasseroberfläche 11 befindet. Darüber hinaus kann im Falle eines Lecks im Außenkessel 7, das an einer Stelle angeordnet ist, durch die der Gasraum 27 undicht ist und der Gasvorrat 32 nicht mehr ausreicht, um das durch dieses Leck den Gasraum 27 entweichende Gas kontinuierlich nachzufüllen, zusätzlich zum Gasvorrat 32 ein Kompressor (nicht dargestellt) oder eine Pumpe (nicht dargestellt) an die Verbindungsleitung 26 angeschlossen werden, um größere Gasmengen oder anstelle von Gas 28 kontinuierlich getrocknete Luft oder auch Atmosphärenluft in den Außenkessel 7 zu pumpen. Bei einem solchen Leck und bei einer solchen Vorgehensweise sollte der Unterwassertransformator 1A möglichst schnell zurück an die Wasseroberfläche 11 geholt werden, um das Leck entsprechend abzudichten oder anderweitige gleichwertige Reparaturarbeiten am Unterwassertransformator 1A durchzuführen.

Die Sensoranordnung 49 ist im Unterschied zur Sensoranordnung 36 (Fig. 1) nicht nur zur Erfassung des Stands 35 der Kühlflüssigkeit 8 im Außenkessel 7 ausgebildet, sondern weist darüber hinaus noch einen ersten Drucksensor 43 zur Erfassung des Drucks P2 im Außenkessel und einen zweiten Drucksensor 44 zur Erfassung des Wasserdrucks P3 auf. Die mit den beiden Drucksensoren 43 und 44 erfassten Druckwerte P2 und P3 werden als Ausgangsgrößen A2, A3 der Sensoranordnung 39 der Steuereinrichtung 34 zugeleitet und von dieser gemeinsam mit dem erfassten Flüssigkeitsstand 35 bei der Durchführung des Verfahrens zum Druckausgleich zwischen dem Druck P2 und dem Wasserdruck P3 und zum Einstellen des Volumens V1 des Gasraums 27 berücksichtigt.

Die elektrischen Anschlüsse 12, 13 und 14 sind beim Unterwassertransformator 1A über modifizierte Kontaktanschlüsse 45, 46 und 47 aus den Transformatorkessel 3 herausgeführt. Die Kontaktanschlüsse 45, 46 und 47 sind unmittelbar und nicht über Anschlusselemente 29, 30 und 31 wie beim Transformator nach Fig. 1 mit den elektrischen Verbindungsleitungen 15, 16 und 17 verbunden.

Zum Anpassen eines Drucks P2, der höher ist als der Wasserdruck P3, können die Druckausgleichsmittel 39 auch so ausgebildet sein, das Gas 28 zurück in den Gasvorrat 33 geführt wird. Dadurch kann das Ventil 38 entfallen.

Als Gas 28 können sämtliche Arten von elektrischen Isoliergasen bzw. Schutzgasen verwendet werden, die nach Möglichkeit schwer löslich in der Kühlflüssigkeit 8 sind, insbesondere kommt hier Stickstoff zum Einsatz.


Anspruch[de]
  1. 1. Unterwassertransfomator (1, 1A) mit einem elektrischen Transformator (2) in einem Transformatorkessel (3) mit elektrischen Kontaktanschlüssen (4, 5, 6), und mit einem den Transformatorkessel (3) umschließenden, mit einer Kühlflüssigkeit (8) gefüllten Außenkessel (7) an den Druckausgleichsmittel (25, 39) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkessel (7) unter Bildung eines Gasraumes (27) teilweise derart mit einem Gas (28) gefüllt ist, das die elektrischen Kontaktanschlüsse (4, 5, 6) vollständig in dem Gasraum (27) liegen, und die Druckausgleichsmittel (25, 39) mit dem Gasraum (27) verbunden sind.
  2. 2. Unterwassertransformator (1, 1A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsmittel (25, 39) eine Steuereinrichtung (34) zur gesteuerten Gaszufuhr in den Außenkessel (7) in Abhängigkeit von den Ausgangsgrößen (A1, A2, A3) einer Sensoranordnung (36, 49) des Außenkessels (7) aufweisen.
  3. 3. Unterwassertransformator (1, 1A) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (36, 49) einen Flüssigkeitsstandsensor (36A) zur Erfassung des Stands (35) der Kühlflüssigkeit (8) aufweist.
  4. 4. Unterwassertransformator (1, 1A) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (36) einen ersten Drucksensor (43) zur Erfassung des Druckes (P2) im Außenkessel (7) und einen zweiten Drucksensor (44) zur Erfassung des Außendrucks (P3) in den dem Außenkessel (7) umgebenden Außenraum aufweist.
  5. 5. Unterwassertransformator (1, 1A) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (34) vom Außenkessel (7) entfernt angeordnet ist.
  6. 6. Unterwassertransfomator (1, 1A) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsmittel (25, 39) einen Gasvorrat (32) aufweisen, der gesteuert durch die Steuereinrichtung (34) mit dem Gasraum (27) verbindbar ist.
  7. 7. Unterwassertransformator (1, 1A) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasvorrat (32) vom Außenkessel (7) entfernt angeordnet und über eine Druckleitung (26) mit dem Gasräum (27) verbindbar ist.
  8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsmittel (25, 39) zum Abbau eines in dem Außenkessel (7) plötzlich auftretenden Überdrucks gegenüber dem Außendruck (P3) ausgebildet sind.
  9. 9. Verfahren zum Anpassen des Drucks (P2) im Außenkessel (7) eines Unterwassertransformators (1, 1A) an den Wasserdruck (P3), wobei der Unterwassertransformator (1, 1A) einen in dem Außenkessel (7) untergebrachten Transformator (2) innerhalb eines Transformatorkessels (3) aufweist, der mit elektrischen Kontaktanschlüssen (4, 5, 6) versehen ist, und wobei der Außenkessel (7) mit Kühlflüssigkeit (8) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anpassen des Drucks (P2) in dem Außenkessel (7) ein Gasraum (27) derart gebildet wird, dass die elektrischen Kontaktanschlüsse (4, 5, 6) stets vollständig in dem Gasraum (27) liegen.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P2) im Außenkessel (7) unter Berücksichtigung des Stands (35) der Kühlflüssigkeit (8) angepasst wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasraum (27) Gas (28) aus einem mit dem Unterwassertransformator (1, 1A) mitgeführten Gasvorrat (32) zugeführt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasraum (27) Gas (28) über eine Druckleitung (26) von oberhalb der Wasseroberfläche (11) zugeführt wird.






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