DE19503802C1 - Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts in Trafoöl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts in Trafoöl.

Bei Transformatoren, die Öl als Kühlmittel enthalten, kann bei nicht ordnungsgemäßen Betrieb, wie beispielsweise Über­ last oder bei einem Defekt, in der Isolation des Transforma­ tors Wasserstoff entstehen, der sich im Trafoöl löst. Wird der Trafo weiterbetrieben, kann dies zu einem mit hohen Ko­ sten verbundenen Totalausfall führen.

Bisher wurde in regelmäßigen Abständen dem Trafo Trafoöl ent­ nommen und einer chemischen Analyse unterzogen. Diese Methode ist aufwendig und teuer.

Die Verwendung von Brennstoffzellen zur Überwachung der Was­ serstoffkonzentration hat den Nachteil, daß diese nicht über einen längeren Zeitraum wartungsfrei betrieben werden können.

Aus dem Stand der Technik US 38 66 460 ist eine Vorrichtung zur Wasserstoffdetektion bekannt, die in einem ersten Schritt mittels einer ersten Membran Gase aus der Flüssigkeit fil­ tert. In einem zweiten Schritt wird durch eine zweite Membran der in den Gasen vorhandene Wasserstoff herausgefiltert. Eine thermische Leitfähigkeitsvorrichtung mißt den Wasserstoff­ druck.

In den Druckschriften IEEE Trans. Electr. Insul., Vol. EI-18, Nr.4, 1983, S. 409-419, Vol. EI-16, Nr. 6, 1981, S. 502- 509 und Vol. EI-12, Nr. 5, 1977, S. 334- 340 sind Vorrich­ tungen zur Detektion von Wasserstoff in Trafoöl beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine kontinuierliche Überwachung möglich ist. Die Vorrichtung soll wartungsfrei arbeiten. Weiterhin soll die Messung möglichst exakt erfolgen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentan­ spruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

So ist es von besonderem Vorteil, einen Metalloxidsensor ge­ mäß Anspruch 2 als Wasserstoffsensor zu verwenden, da dieser eine kurze Ansprechzeit und eine hohe Genauigkeit aufweist.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß an der Membran keine unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Dadurch bleibt der zeitliche Verlauf des Meßsi­ gnals unbeeinflußt.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.

Diese zeigt den prinzipiellen Aufbau der Meßvorrichtung.

Die in der Figur gezeigte Meßvorrichtung weist eine Kammer K1 auf, in der sich Trafoöl TÖ befindet. Die Kammer K1 hat einen Ölzufluß und einen Ölabfluß. Benachbart zur Kammer K1 ist eine Meßkammer K2 angeordnet, in der ein Wasserstoffsensor S vorgesehen ist. Die Meßkammer K2 kann mit Luft L oder einem inerten Trägergas, z. B. N₂, Ar oder CO₂ gefüllt sein. Falls die Meßkammer K2 mit Luft L gefüllt ist, ist ein Druckaus­ gleichselement D, beispielsweise eine Kapillare oder eine kleine Öffnung, vorzusehen. Die Kammer K1 ist von der Meß­ kammer K2 durch eine Membran M getrennt. Die Membran M wird auf der der Meßkammer K2 zugewandten Seite von einem Gitter oder einem porösen Sintermetall gestützt, da die Membran M sonst dem Trafoöldruck, der in der Kammer K1 herrscht, nicht standhalten könnte. Eine Schicht aus Sintermetall auf der der Kammer K1 zugewandten Seite der Membran M verhindert, daß unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten an der Membran M die Diffusionsgeschwindigkeit und damit den zeitlichen Ver­ lauf des Meßsignals beeinflussen. Die Meßkammer K2 ist vor­ zugsweise aus Metall, zum Beispiel rostfreier Stahl oder aus Glas auszuführen. Kunststoffe sind ungeeignet, da in den Kunststoffen vorhandene Lösungsmittelrückstände ausdampfen und zu einer Verfälschung der Messung führen können.

Die Membran M ist aus zwei Schichten aufgebaut. Die erste Schicht besteht aus Polysulfon oder Polyethersulfon mit einer Schichtdicke von ca. 5 bis 200 µm. Diese erste Schicht stellt eine wasserstoffdurchlässige, ölbeständige und ölabweisende Schicht dar. Die zweite Schicht der Membran M besteht aus Celluloseacetat-Butyrat, das auf einem Trägergewebe aufge­ bracht ist. Diese Schicht ist wasserstoffdurchlässig. Hinge­ gen ist sie für Kohlenwasserstoffe undurchlässig. Die Membran M weist eine Alterungsbeständigkeit größer als 5 Jahre auf.

Die Membran M ist ölabweisend und trennt den im Trafoöl TÖ gelösten Wasserstoff von dampfförmigen Kohlenwasserstoffen, die ebenfalls im Trafoöl TÖ gelöst sind. Die Trennung ist er­ forderlich, weil die gasförmigen Kohlenwasserstoffmoleküle bei einer Betriebstemperatur des Wasserstoffsensors von 600 bis 700°C auseinander brechen würden. Der Wasserstoffsensor würde dann neben dem zu messenden Wasserstoff auch die Kohlenwasserstoffe detektieren, was zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen würde.

Als Wasserstoffsensor S kann jedes zum Nachweis geringer Was­ serstoffkonzentrationen in Luft geeignete Bauelement verwen­ det werden. Beispielsweise ist ein Taguchi-Gassensor der Firma Figaro, vgl. J. Watson, R. A. Yates, Electronic Engineering May 1985, S. 47-57 geeignet. Die Verwendung eines Gassensors auf der Basis gesputterter Ga₂O₃-Dünnschichten ist besonders vorteilhaft, da dieser Sensor eine besonders hohe Änderung des elektrischen Widerstandes selbst bei geringer Wasserstoffkonzentration in Luft zeigt. Ein derartiger Sensor ist aus dem Stand der Technik EP 464 244 A1 und EP 464 243 A1 bekannt. Besonders vorteilhaft ist der in der Anmeldung angegebene Sensor, bei dem auf den separaten Temperaturfühler verzichtet und der Heizungswiderstand zur Temperaturmessung verwendet wird.

Die Vorrichtung zur Messung des Kohlenwasserstoffgehalts in Trafoöl ist geeignet 50 ppm Wasserstoff in Öl, bezogen auf das Volumen, nachzuweisen.

Ein Betrieb mehrerer unterschiedlich empfindlicher Sensoren nebeneinander, zum Beispiel mit einem sogenannten Sensor­ array, mit um einen breiteren Nachweisbereich zu erhalten, ist möglich.

Die Kammer K1 kann der Ölbehälter des Transformators sein. Die Vorrichtung zur Wasserstoffdetektion ist problemlos an diesen anzuflanschen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Wasserstoffgehalts in Trafoöl,

• - die eine Kammer (K1) mit Trafoöl aufweist,
• - die eine Meßkammer (K2) aufweist, in der sich ein Wasser­ stoffsensor (S) befindet,
• - bei der die Kammer (K1) von der Meßkammer (K2) durch eine Membran getrennt ist, welche

eine erste Schicht (S1) aus Polysulfon oder Polyethersulfon aufweist, und welche
eine zweite Schicht (52) aus Celluloseacetat-Butyrat auf­ weist, welches auf ein Trägergewebe aufgebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Wasserstoffsensor (S) ein Metalloxidsensor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Membran zur Stabilisierung mit einem Gitter (SM) aus Sintermetall oder einer Schicht (SM) aus Sinter­ metall umgeben ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, bei der die Meßkammer (KA2) ein Druckausgleichselement (D) aufweist.