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Luftdichter Abschluss der Oelfiillung eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Transformators Die Erfindung betrifft einen luftdichten Abschluss der Ölfüllung eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Transformators, mittels einer die Ölfüllung oder das dem Ölspiegel im Behälter oder Ausdehnungsgefäss des elektrischen Gerätes überlagerte Gasschutzpolster gegen die Aussenatmosphäre abschirmenden Membran.
Nach den betrieblichen Erfordernissen ist das in elektrische Geräte, insbesondere in Transformatoren eingebrachte, der Isolierung und zugleich der Kühlung dienende Öl der Aussenatmosphäre gegenüber gegen Feuchtigkeits und Sauerstoffaufnahme luftdicht abzu- schliessen, da die Feuchtigkeitsaufnahme die Durchschlagsfestigkeit des Öles sehr vermindert und der eindringende Sauerstoff das Öl rasch altern lässt und damit gleichzeitig seine dielektrischen Eigenschaften beeinträchtigt.
Es ist eine ganze Reihe von die temperaturabhängigen Änderungen des Ölvolumens berücksichtigenden Anordnungen für einen derartigen Luftabschluss bekannt; für eine einfache und wenig aufwendige Ausführung ist jedoch bis heute kein Material bekannt geworden, das den hohen, an einen solchen Luftabschluss zu stellenden, im folgenden im einzelnen aufgeführten Anforderungen Genüge leistet.
1. Das Material muss bei den Betriebstemperaturen des Transformators ölfest sein und darf seinerseits das Öl nicht beeinflussen.
2. Das Material muss bei den Betriebstemperaturen des Transformators seinen flexiblen Charakter auch auf Jahre hinaus beibehalten, um die ständigen Volumenänderungen ohne Bruchgefahr mitmachen zu können.
3. Das Material muss verhindern, dass Feuchtigkeit und Luftsauerstoff auf dem Wege der Diffusion in das Öl eindringen, da Feuchtigkeit und Sauerstoff Hauptursachen einer allmählichen Verschlechterung der Isolationseigenschaften des Öles sind.
So sind, um den genannten Schwierigkeiten zu begegnen, luftdichte Abschlüsse geschaffen worden, bei de- nen man sich gewisser Kunststoff-Folien bediente um zwischen dem Ölspiegel und der Aussenluft eine nachgiebige, zwischen zwei Hälften des Ausdehnungsgefässes befestigte Membran anzuordnen, die aufgrund ihrer Elastizität die auftretenden Volumenschwankungen des Öles aufzunehmen vermochte. Auch sind Anordnungen bekannt, bei denen der Ölspiegel im Transformatorkessel oder in seinem Ausdehnungsgefäss mit einem gasförmigen Schutzpolster überlagert ist und das durch die Ver- änderungen des Ölvolumens verdrängte Gas von einem aus Kunststoff-Folien bestehenden dehnbaren Sack aufgenommen wird. Als hierfür geeignete Materialien gelangen z. B.
Folien aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamiden, Polyestern und synthetischem Kautschuk zur Anwendung.
Die genannten Materialien erfüllten zwar die vorstehend erwähnten ersten beiden Forderungen recht gut, aber bei keinem der organischen Stoffe kann für den Bereich wirtschaftlicher und technisch verwendbarer Materialdicken eine völlige Gasundurchlässigkeit erzielt werden. Selbst bei Verwendung einer mehrere Millimeter dicken Folie kann man nur eine starke Verminderung, aber keine völlige Beseitigung der Gasdurchlässigkeit erreichen. Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Abschlüsse zu beseitigen.
Nach der Erfindung besteht die die Ölfüllung oder das dem Ölspiegel im Behälter oder Ausdehnungsgefäss des elektrischen Gerätes überlagerte Gasschutzpolster gegen -die Aussenatmosphäre abschirmende Membran aus einer Metall-Fohe und mindestens einer mit dieser verbundenen, elastischen Kunststoff-Folie.
Eine Reihe durchgeführter Versuche hat hierbei ergeben, dass sich hierfür eine Aluminium-Folie ganz hervorragend eignet. Es genügt bereits eine Materialstärke von ca. 0,05 mm, um praktisch eine völlige Sperre zu erreichen.
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In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, dass in ein mit Stickstoff gefülltes Kissen aus einer 0,3 mm starken Kunststoff-Folie bereits nach drei Monaten so viel Sauerstoff eingedrungen war, dass der Ausgleich zur Atmosphäre (20 % Sauerstoffanteil) hergestellt war.
Dagegen konnte bei dem gleichen Kissen, das zusätzlich mit einer ca. 0,05 mm dicken Aluminium-Folie nach der Erfindung kaschiert war, nach acht Monaten erst ein Sauerstoffanteil von ca. 1 Klo festgestellt werden.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfin- dungsgemässen luftdichten Abschlusses ist dann gegeben, wenn die Membran unmittelbar auf dem Ölspiegel aufliegt und die Ölfüllung nicht mit Luft oder Gas gesättigt, sondern entgast ist, da dann die Durchschlagsfestigkeit des Öles grösser ist.
Um zu vermeiden, dass die Metall-Folie bei der Vielzahl der ständigen Biegungen durch die Atmungsbewegung brüchig und damit porös wird, besteht die Membran bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung aus einer Metall-Folie und beiderseits je einer mit dieser verbundenen, elastischen Kunststoff-Folie.
Auf der Öl- bzw. Schutzgasseite des Transformators ist dabei ein ölbeständiger Kunststoff vorgesehen, während der Kunststoff auf der Atmosphärenseite wetterbeständig ist. Insbesondere werden diese Eigenschaften von Kunststoff-Folien erzielt, die aus halogenierten Kohlen- wasserstoffen, z. B. Polytetrafluoräthylen bestehen.
Die ölfesten und wetterfesten Kunststoffe sind z. B. so ausgebildet, dass sie nach dem Stand der Technik allen in Frage kommenden Beanspruchungen standhalten. Dabei können die beiderseits der Metall-Folie aufgebrachten Kunststoff-Folien in besonderen Fällen von gleicher Dicke und gleichem Material sein, vorzugsweise sind sie jedoch sowohl im Material als auch in der Stärke unterschiedlich.
Die Metall-Folie liegt zweckmässig in der neutralen Zone, so dass beim Biegen nur die aussenliegenden Kunststoffschichten gedehnt oder gestaucht werden. Schubkräfte an den Haftflächen der Folien sind dann von untergeordneter Grösse; sie sind praktisch so klein, dass sie nicht berücksichtigt zu werden brauchen. Bei beiderseits unterschiedlicher Elastizität der Kunststoff- Folien kann die Metall-Folie demgemäss nicht in der Mitte des geschichteten Systems liegen; es könnten sonst Spannungen auftreten, welche die Verbindung der Folien untereinander zerstören.
Die beschriebene Membran ist beim Atmen des Öles nur Biegungen ausgesetzt. Dazu wird die Membran beispielsweise in eine gewölbte Form gepresst, so dass sie bei tiefstem und höchstem Ölstand zwanglos auf dem öl oder auf dem Gasschutzpolster aufliegt. Bei Zwischenstellungen des Ölstandes bildet die Membran Wellen; hierbei treten jedoch keine Dehnungen sondern nur Biegungen in der Metallfolie auf, die bei Wechselbeanspruchung die Metallfolie und deren Verbindung mit der Kunststoff-Folie nicht gefährden.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Figuren beispielsweise erläutert. Darin stellen dar: Fig. 1 die gewölbte Membran im Schnitt; Fig. 2 einen Schnitt durch die Membran, vergrössert dargestellt; Fig. 3 ein Ausdehnungsgefäss mit der Membran im Schnitt, bei höchstem Ölstand; Fig. 4 ein Ausdehnungsgefäss mit der Membran im Schnitt, bei niedrigstem Ölstand.
In Fig. 1 ist die den luftdichten Abschluss bildende Membran 1 im Schnitt dargestellt, die nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung in eine gewölbte Form gepresst ist; das Detail a ist in Fig. 2 vergrössert herausgezeichnet, wo man erkennt, dass die Membran 1 aus einer Metallfolie 11 und gemäss besonders vorteilhafter Ausbildung aus beiderseits mit der Metallfolie verbundenen, elastischen Kunststoffolien 12 und 13 besteht.
Fig. 3 stellt einen Schnitt durch ein Ausdehnungsgefäss, z. B. eines Transformators, mit der Membran 1 dar, und zwar bei höchstem Stande der Ölfüllung 2; man erkennt, dass hierbei die Membran dieselbe Form hat wie in Fig. 1@ so dass sie zwanglos, d. h.
im wesentlichen ohne Deformation gegenüber ihrer in der Herstellung erzeugten Gestalt, insbesondere ohne gedehnt zu werden, auf der Ölfüllung aufliegt. Das Ausdehnungsgefäss besteht aus den zwei schalenförmigen Hälften 3 und 4, die mittels Flanschen 5 und 6 miteinander verschraubt sind, zwischen welchen der Rand der Membran eingeklemmt ist und gleichzeitig die Funktion einer Dichtung übernehmen kann. Man erkennt noch einen Entlüftungsstutzen 7 und eine Verbindungsleitung 8 zum Transformatordeckel 9.
Fig. 4 stellt den gleichen Schnitt durch dasselbe Aus- dehnungsgefäss mit der Membran 1 dar, jedoch mit dem Unterschiede, dass hier die Ölfüllung 2 ihren tiefsten Stand aufweist; man erkennt, dass hierbei die Membran dieselbe Form hat, die sich aus Fig. 1 ergibt, wenn die Membran in entgegengesetzte Wölbung durchschnappt, so dass sie zwanglos, d. h. im wesentlichen ohne Deformation gegenüber ihrer in der Herstellung erzeugten Gestalt, insbesondere ohne gedehnt zu werden auf der Öl- füllung aufliegt.
Bei Zwischenstellungen des Ölstandes zwischen den in Fig. 3 und 4 gezeigten Extremen wird sich die Membran dann in Falten oder Wellen legen; auch hierbei findet aber keine Dehnung der Membran statt, diese wird dann nur auf Biegung beansprucht, so dass die Metallfolie 11, die in der bei Biegung neutralen Zone liegt, nur Biegungen ausgesetzt sein kann und ihre beiderseitige Verklebung mit den Folien 12 und 13 im wesentlichen frei von Schubbeanspruchungen bleibt.
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Airtight sealing of the oil filling of an electrical device, in particular a transformer The invention relates to an airtight sealing of the oil filling of an electrical device, in particular a transformer, by means of a membrane shielding the oil filling or the gas protective cushion overlaying the oil level in the container or expansion vessel of the electrical device against the outside atmosphere.
According to operational requirements, the oil used for insulation and cooling in electrical devices, especially transformers, must be sealed airtight from the outside atmosphere against moisture and oxygen absorption, since moisture absorption greatly reduces the dielectric strength of the oil and the penetrating oxygen reduces the oil can age quickly and thus impair its dielectric properties at the same time.
A whole series of arrangements for such an air seal, which take account of the temperature-dependent changes in the oil volume, is known; For a simple and inexpensive design, however, no material has become known to date that meets the high requirements to be placed on such an air seal and which are detailed below.
1. The material must be oil-resistant at the operating temperature of the transformer and must not affect the oil.
2. The material must retain its flexible character for years to come at the operating temperatures of the transformer in order to be able to withstand the constant changes in volume without the risk of breakage.
3. The material must prevent moisture and atmospheric oxygen from penetrating the oil by diffusion, since moisture and oxygen are the main causes of a gradual deterioration in the oil's insulation properties.
In order to counter the difficulties mentioned, airtight seals were created in which certain plastic foils were used in order to place a flexible membrane between the oil level and the outside air, fastened between two halves of the expansion vessel Was able to absorb occurring volume fluctuations of the oil. Arrangements are also known in which the oil level in the transformer tank or in its expansion vessel is covered with a gaseous protective cushion and the gas displaced by the changes in the oil volume is taken up by an expandable bag made of plastic films. Suitable materials for this purpose come, for. B.
Films made of polyvinyl chloride, polyethylene, polyamides, polyesters and synthetic rubber are used.
The materials mentioned meet the first two requirements mentioned above quite well, but with none of the organic substances can a complete gas impermeability be achieved for the range of economically and technically usable material thicknesses. Even if a film several millimeters thick is used, it is only possible to achieve a strong reduction, but not a complete elimination of gas permeability. It is therefore an object of the invention to eliminate the aforementioned disadvantages of the known terminations.
According to the invention, the gas protection cushion superimposed on the oil filling or the oil level in the container or expansion vessel of the electrical device against the outside atmosphere shielding membrane consists of a metal foil and at least one elastic plastic film connected to it.
A number of tests carried out have shown that an aluminum foil is very well suited for this. A material thickness of approx. 0.05 mm is sufficient to practically achieve a complete block.
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In this context, it is noteworthy that enough oxygen had penetrated into a nitrogen-filled cushion made of 0.3 mm thick plastic film after only three months that it was balanced with the atmosphere (20% oxygen content).
In contrast, with the same cushion, which was additionally laminated with an approximately 0.05 mm thick aluminum foil according to the invention, an oxygen content of approximately 1 toilet could only be determined after eight months.
A particularly advantageous application of the airtight seal according to the invention is given when the membrane rests directly on the oil level and the oil filling is not saturated with air or gas, but rather degassed, since the dielectric strength of the oil is then greater.
In order to prevent the metal foil from becoming brittle and thus porous due to the large number of constant bends caused by the breathing movement, the membrane in a preferred embodiment of the invention consists of a metal foil and an elastic plastic foil connected to it on both sides .
An oil-resistant plastic is provided on the oil or inert gas side of the transformer, while the plastic on the atmosphere side is weather-resistant. In particular, these properties are achieved by plastic films made of halogenated hydrocarbons, e.g. B. Polytetrafluoroethylene exist.
The oil-proof and weather-proof plastics are z. B. designed so that they withstand all possible stresses according to the state of the art. The plastic foils applied to both sides of the metal foil can in special cases be of the same thickness and the same material, but they are preferably different both in terms of material and thickness.
The metal foil is expediently in the neutral zone so that only the outer plastic layers are stretched or compressed during bending. Shear forces on the adhesive surfaces of the foils are then of minor magnitude; they are practically so small that they do not need to be taken into account. If the elasticity of the plastic films on both sides is different, the metal film can accordingly not lie in the middle of the layered system; otherwise tensions could occur which destroy the connection between the foils.
The membrane described is only exposed to bends when the oil is breathed. For this purpose, the membrane is pressed into a curved shape, for example, so that it rests freely on the oil or on the gas protection cushion at the lowest and highest oil level. When the oil level is in between, the membrane forms waves; in this case, however, there is no expansion, only bends in the metal foil, which do not endanger the metal foil and its connection with the plastic foil in the event of alternating loads.
The invention is illustrated, for example, by the accompanying figures. The figures show: FIG. 1 the curved membrane in section; 2 shows a section through the membrane, shown enlarged; 3 shows an expansion vessel with the membrane in section, at the highest oil level; 4 shows an expansion vessel with the membrane in section, at the lowest oil level.
In Fig. 1 the airtight seal forming membrane 1 is shown in section, which is pressed into a curved shape according to an advantageous embodiment of the invention; Detail a is shown enlarged in FIG. 2, where it can be seen that the membrane 1 consists of a metal foil 11 and, according to a particularly advantageous embodiment, of elastic plastic foils 12 and 13 connected to the metal foil on both sides.
Fig. 3 shows a section through an expansion vessel, e.g. B. a transformer, with the membrane 1, at the highest level of oil filling 2; it can be seen that here the membrane has the same shape as in Fig. 1 @ so that it is informal, d. H.
rests on the oil filling essentially without deformation compared to its shape produced during manufacture, in particular without being stretched. The expansion vessel consists of the two shell-shaped halves 3 and 4, which are screwed together by means of flanges 5 and 6, between which the edge of the membrane is clamped and at the same time can assume the function of a seal. One can also see a ventilation nozzle 7 and a connecting line 8 to the transformer cover 9.
4 shows the same section through the same expansion vessel with the membrane 1, but with the difference that the oil filling 2 has its lowest level here; it can be seen that here the membrane has the same shape that results from FIG. 1 when the membrane snaps through in the opposite curvature, so that it is unconstrained, ie. H. rests on the oil filling essentially without deformation compared to its shape produced during manufacture, in particular without being stretched.
With intermediate positions of the oil level between the extremes shown in Fig. 3 and 4, the membrane will then lay in folds or waves; Here too, however, there is no stretching of the membrane, it is then only stressed in terms of bending, so that the metal foil 11, which lies in the zone that is neutral in the case of bending, can only be subjected to bending and its mutual adhesion to the foils 12 and 13 is essentially remains free from shear loads.