変圧器の爆発防止装置
【課題】変圧器の爆発防止装置の提供。
【解決手段】可燃性の冷却流動体で満たされたタンク２を備えた変圧器の爆発を防止するための装置であって、該装置が、前記タンクの排出口に配置され前記タンクを減圧する圧力除去エレメント１５と、前記圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器と、前記貯留容器の前記排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動バルブとを含み、前記圧力除去エレメントを通過する流動体を回収するように前記貯留容器は密封されている前記装置において、該装置が、更に前記圧力除去エレメントと前記貯留容器との間に配置された減圧チャンバ、前記減圧チャンバと前記貯留容器との間に配置されたパイプ１７、パイプによって前記タンクに接続されたレベル・タンク、及び前記パイプと前記パイプ１７の最高部分を接続する接続するパイプ５６を含む。
【解決手段】可燃性の冷却流動体で満たされたタンク２を備えた変圧器の爆発を防止するための装置であって、該装置が、前記タンクの排出口に配置され前記タンクを減圧する圧力除去エレメント１５と、前記圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器と、前記貯留容器の前記排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動バルブとを含み、前記圧力除去エレメントを通過する流動体を回収するように前記貯留容器は密封されている前記装置において、該装置が、更に前記圧力除去エレメントと前記貯留容器との間に配置された減圧チャンバ、前記減圧チャンバと前記貯留容器との間に配置されたパイプ１７、パイプによって前記タンクに接続されたレベル・タンク、及び前記パイプと前記パイプ１７の最高部分を接続する接続するパイプ５６を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多量の可燃性流動体で冷却される変圧器の爆発防止の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器は巻線及び鉄心の両方の損失に耐えるため発生した熱を放散する必要がある。そこで、高電力の変圧器は通常オイルなどの流動体で冷却されている。使われるオイルは誘電体で、温度が約１４０℃を上回ると着火可能になる。変圧器は非常に高価な装置なので、その保護については特段の注意を払う必要がある。
【０００３】
絶縁不良は、まず第一に強い電気アークを発生させ、これが電気的保護システムを誘起して変圧器の電力キュービクル（電流遮断器）を作動させる。また、電気アークはエネルギーの放散をもたらし、絶縁オイルを分解してガス、特に水素とアセチレンを放出させる。
【０００４】
ガスが放出されると変圧器タンクの内部圧力が急激に上昇し、多くの場合非常に激しい爆燃が起こる。この爆燃が変圧器タンクの機械的連結（ボルト、溶接部）に大きな裂傷を引き起こし、前記のガスを周辺の空気中の酸素と接触させる。アセチレンは酸素が存在すると自己発火するので、すぐさま火災を生じ、同様に大量の可燃性物質を包含している可能性の高い敷地内の他の設備類に延焼する。
【０００５】
爆発は、過負荷、サージ電圧、漸進的絶縁劣化、不十分なオイル・レベル、水又はカビ類の混入、絶縁部品の故障による短絡に起因する絶縁破壊により起こる。
【０００６】
従来から、火災検知器により作動する変圧器用の消火システムが知られている。しかしながら、こういったシステムは、相当な時間差をもって、変圧器のオイルが既に燃えているときに作動する。従って、こういったシステムは、火災を関連する設備内に止め、隣接する設備を延焼させないためにだけに使われてきた。
【０００７】
電気アークによる絶縁流動体の分解速度を落とすため、従来の鉱物オイルの代わりにシリコン・オイルを用いることができる。但し、内部圧力上昇による変圧器タンクの爆発をごく短時間、数ミリ秒程度延ばすだけである。この時間では爆発を防ぐことはできなかった。シリコン・オイルは高価である。
【０００８】
国際公開Ａ−９７／１２３７９号に、可燃性の冷却流動体を満たしたタンクを備えた変圧器の爆発及び火災を防止するための方法が記載されており、この方法では、圧力センサを使って変圧器の電気絶縁の破壊を検知し、バルブを使ってタンクに包含される冷却流動体の減圧をし、タンク底部にある高圧不活性ガスを注入し前記流動体をかき立てて酸素が変圧器タンクに入り込むのを防止する。この方法は十分なもので変圧器タンクが爆発するのを防止する。
【０００９】
国際公開Ａ−００／５７４３８号は、変圧器爆発防止装置用の急速に開口する破裂エレメントを開示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構造の部品を使い、極めて急速にタンクを減圧し、変圧器、負荷時タップ切替え装置、及びブッシングの全体性を保つ可能性をさらに向上させる、改良された装置を提供することである。
【００１１】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンクを備える変圧器の爆発を防止するための装置は、タンクの放出口に配置されたタンク減圧のための圧力除去エレメントと、圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器と、該貯留容器の排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動操作バルブとを含み、貯留容器は密封され、圧力除去エレメントを通過した流動体を回収する。かくして、流動体が、安全性、公害の面から又は他の理由により望ましくない場所に拡散するのを防止する。これは、流動体が、液体とガスとの混合物となることがあり、発火及び爆発のための条件を満たすのに十分な酸素がある場合に着火する危険があるからである。さらに、この流動体の特定の成分は、特に閉ざされた雰囲気では、人体及び／又は環境に有害なことが判明している。
【００１２】
有利には、貯留容器の放出口に自動的圧力除去エレメントを取り付ける。該圧力除去エレメントには、貯留容器の爆発を防止するため、圧力が閾値を超えた場合に開く能力のあるバルブを含めることができる。このときのバルブによる放出は、該バルブの作動閾値より低い圧力に戻すのに必要な量に限られる。圧力除去エレメントの下流に追加のパイプを配置することができる。追加パイプは、流動体を最も適切な場所に導くためのものである。この追加パイプには冷却手段を備えることができる。こうして流動体を逃がす前にその温度を下げ、発火の危険を低減することができる。貯留容器に、例えば、ガス膨張バルブなどの形で冷却手段を備えることができる。
【００１３】
有利には、火炎防止エレメントを追加パイプに備えることができる。この火炎防止エレメントを酸素がパイプに入るのを防止する流動体逆止めバルブの形にすることができる。また、火炎防止エレメントには、火炎が存在すると該バルブを遮断する能力のある部分を含めることができる。また、圧力除去エレメントには、ソレノイド・バルブを含め、燃焼の存在下では該ソレノイド・バルブを閉じるように命令する能力を備えた、外部の制御ユニット又は該バルブに隣接する温度検知器に制御させことができる。
【００１４】
貯留容器には冷却手段を備えることができる。
【００１５】
一つの実施形態において、該装置は貯留容器につながれた真空ポンプを含む。こうして、貯留容器を周辺の大気及び変圧器の通常行き渡った圧力よりも大幅に低い圧力にすることができ、これによって変圧器タンクの減圧が容易になり、同タンク中に存在する酸素の量が低減される。
【００１６】
一つの実施形態において、該装置は、ガスポンプ及び補助貯留容器を含む。ガスポンプは、貯留容器と補助貯留容器との間に配置され、例えばポンプ送りと同時に窒素をフラッシングしながら、可燃性及び／又は毒性のガスを貯留容器から補助貯留容器に搬送し、その後該補助容器を貯留容器及びガスポンプから分離することができる。ガスポンプには、コンプレッサを含めることができ、補助貯留容器には圧力囲壁を含めることができる。こうして可燃性の毒性ガスを縮小された容積中に収納することができる。
【００１７】
有利には、該装置は、圧力除去エレメントと貯留容器との間に配置された減圧チャンバを含む。該減圧チャンバは非常に低い損失水頭を示し、圧力除去エレメントのすぐ下流に配置して変圧器タンクの急速な減圧を可能にすることができる。貯留容器は、減圧チャンバから、変圧器タンクと減圧チャンバとの間の距離よりもずっと大きな距離を離して置くことができる。この減圧チャンバは、パイプの直径よりもずっと大きな直径を持つ配管の一部の形をとることができる。減圧チャンバを、貯留容器に対し設計されたよりも大きな高圧力と機械的負荷とに耐えるように有利に設計することができる。
【００１８】
一つの実施形態において、圧力除去エレメントは、有孔剛体ディスクと不透過性膜とを含む。また、圧力除去エレメントには、スロット割りディスクを含め、該ディスクを流動体の流れの方向に半球形にすることができる。スロット割りディスクには、ほぼ放射状になったスロット割りによって相互に分離された複数のローブを含めることができる。ローブはディスクの環状部分に接続され、止めヅメを使い相互に重なり合って、変圧器タンクの内部圧力よりも大きな外部圧力に耐えることができる。有孔剛体ディスクには、該ディスクの中心近くに配置された複数のスルーホールを設け、そこから放射状にスロットを伸ばすことができる。不透過性膜をポリ四フッ化エチレン・ベースの薄層で構成することができる。
【００１９】
スロット割りディスクには軸方向に推力がかかっている間、相互に重なることのできる複数の部分を設けることができる。
【００２０】
一つの実施形態において、圧力除去エレメントは、不透過膜を保護するためのディスクをさらに含み、該保護ディスクは事前カットされた薄いシートを含む。該保護ディスクを不透過膜よりも大きな厚さを持つポリ四フッ化エチレン・シートで作製することができる。事前カット・シートの形状を円形の一部の形状とすることができる。有孔剛体ディスクには、相互に区別された放射状の複数のスロットを設けることができる。
【００２１】
有利には、該装置は、複数の変圧器に接続するよう意図された複数の圧力除去エレメントを含む。こうして、単一の貯留容器が複数の変圧器の爆発防止に対処することができ、各変圧器は少なくとも一つの圧力除去エレメントに関連付けられている。
【００２２】
該装置には、圧力除去エレメントに内蔵された破裂検知手段を含め、これにより、所定の圧力除去閾値に対するタンク圧力の検知を行うことができる。破裂検知手段には、圧力除去エレメントと同時に破断するよう意図された電気配線を含めることができる。該電気配線を圧力除去エレメントの、望ましくは流動体に対して反対側に接合することができる。該電気配線を保護フィルムでカバーすることができる。
【００２３】
該装置には、少なくとも一つの変圧器の複数の油入りコンデンサに連結するよう意図された複数の圧力除去エレメントを含めることができる。
【００２４】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンクを備えた変圧器の爆発を防止する方法は、タンクを圧力除去エレメントで減圧する工程と、圧力除去エレメントを通過した流動体を密封された貯留容器で回収する工程と、少なくとも一つの手動バルブでガスを抜く工程とを含む。
【００２５】
該爆発防止装置は、メイン・タンクと、負荷時タップ切替え装置又は切り替え装置群のタンクと、電気ブッシングのタンクに対するもので、この後者のタンクは「オイル・ボックス」とも言われる。電気ブッシングの役割は、出力導体を介して変圧器の巻線が接続された高圧及び低圧の電力線から、変圧器のメイン・タンクを分離することである。各出力導体は、特定量の絶縁流動体を包含するオイル・ボックスに囲まれている。ブッシング及び／又はオイル・ボックスの中の絶縁流動体は、変圧器のものとは異なる。変圧器タンクにつながれ、故障が検知されたときに手動又は自動で作動するよう意図された、窒素注入手段を備えることができる。窒素の注入は、可燃性のガスの変圧器タンクから貯留容器への、必要な場合には補助貯留容器への排出を促進する。
【００２６】
該爆発防止装置には、変圧器の電力キュービクルの作動を検知する手段と、変圧器のセンサ手段から送信される信号を受信して、制御信号を送信することのできる制御ユニットとを備えることができる。
【００２７】
可燃性及び／又は有毒な流動体が該装置の外部に漏れ出す可能性が大幅に低減され、しかして、こういったガスが発火する危険及び近辺にいる作業者が中毒する危険が軽減されることになる。
【００２８】
該爆発防止装置は、閉ざされた場所、例えばトンネル、鉱山、又は市街地の地下などに所在する変圧器に対し特に適している。
【００２９】
まったく限定はされない例を使い、添付の図面に示したいくつかの実施形態の詳細な説明を検討することによって、本発明は十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】火災防止装置の概略図である。
【図２】図１の詳細図である。
【図３】いくつかの変圧器に関連付けられた火災防止装置の概略図である。
【図４】図１の改良型を示す。
【図５】図１の改良型を示す。
【図６】破裂エレメントの断面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】図６に対応する上面図である。
【図９】図６に対応する下面図である。
【図１０】垂直の減圧チャンバを備えた火災防止装置の概略図である。
【図１１】図１０に対応する全体図である。
【図１２】図１の改良型を示す。
【図１３】図１の改良型を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図に示されるように、変圧器１は、脚４を使って地面３に設置されたタンク２を含み、絶縁体６によって囲まれた電力線５から電気エネルギーを供給される。タンク２は本体２ａ及び蓋２ｂを含む。
【００３２】
タンク２は例えば絶縁オイルのような冷却流動体７で満たされている。タンク２中の冷却流動体７の一定なレベルを確実にするため、変圧器１は、パイプ９でタンク２とつながれたレベル・タンク（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｏｒ）８を備えている。
【００３３】
パイプ９は、流動体７の速い移動を検知すると直ちにパイプ９を遮断する自動逆止めバルブ１０を備えている。かくして、タンク２の減圧の過程でパイプ９中の圧力が低下し流動体７が急に流れ出したとき、自動逆止めバルブ１０の遮断処置によってすばやく流れが止められる。かくして、レベル・タンク８の中にある流動体７の排出が防止される。
【００３４】
また、タンク２は一本以上の火災検知ケーブル１１を備えている。提示された実施形態では、火災検知ケーブル１１はタンク２の上部に取り付けられ、蓋２ｂの上に設置されたブロック１２によって支持されている。ケーブル１１は数センチメーターの距離で蓋２ｂから隔てられている。ケーブル１１には、低融点の合成膜で分離された２本の電線を含め、膜が溶融するとこの２本の電線が接触するようにできる。ケーブル１１を、タンク２のふちの近くに長方形の経路で配置することができる。
【００３５】
タンク２には、冷却流動体からの蒸気の存在を検知するため、タンク２の高い箇所通常パイプ９上に取り付けられる、ブッフホルツ（Ｂｕｃｈｈｏｌｚ）とも呼ばれるセンサを含めることができる。電気絶縁の破壊は、タンク２中の流動体７からの蒸気の放出を引き起こす。蒸気センサを使ってある程度の遅れで電気絶縁の破壊を検知することができる。
【００３６】
変圧器１は、図示されていないが電力キュービクルを装備しており、これはブレーカなどの電力遮断手段を含み、作動センサ類を備えている。
【００３７】
該防止装置は、本体２ａの高い箇所に配置されたタンク２の放出口に取り付けられたバルブ１３と、その破損を利用して、変圧器の電気絶縁の破壊に起因する圧力の変化を遅滞なく検知するための破裂エレメント１５と、その一つはバルブ１３と破裂エレメント１５との間に配置されている２つの振動吸収弾性スリーブ１４とを含む。また、該防止装置は、破裂エレメント１５の下流に取り付けられ破裂エレメントよりも大きな直径を持つ減圧チャンバ１６と、破裂エレメント１５の破損後にタンク２からの流動体を回収するよう意図されさらにガス部分から液体部分を分離するよう意図された貯留容器１８によって支持された、排液パイプ１７とを含む。パイプ１７は減圧チャンバ１６と貯留容器１８との間に取り付けられる。もう一つの弾性スリーブ１４が減圧チャンバ１６とパイプ１７との間に取り付けられる。
【００３８】
貯留容器１８には冷却用フィン１８ａを備えることができる。貯留容器１８はオイルから発生したガスを逃がすための導管１９を備えている。導管１９を、一時的に移動容器につないで貯留容器１８からの排出を行うことができる。こうして、タンク２は即時に減圧され、その後オイルの一部が貯留容器１８の中に排出される。破裂エレメント１５を１バールより低い、例えば０．６バールから１．６バールの間で、望ましくは０．８バールから１．４バールの間の所定の圧力で開口するように設計することができる。
【００３９】
バルブ２０は導管１９に配置され、貯留容器１８及びタンク２の中のガスとオイルの燃焼を発生させかねない空気中の酸素が入り込むのを防ぎ、ガス又は液体の制御されない流出を防止する。バルブ２０を手動又は手動制御による電動式にすることができる。バルブ２０は、貯留容器１８中に存在するガスを抜くとき、又はガスのパージを行うときを除き、常時閉じられて貯留容器の密閉性を保持する。
【００４０】
タンク２は、タンク２の底部にある窒素などの不活性ガスを注入することによって流動体７を冷却する手段を含む。不活性ガスは、圧力容器に格納され、該容器は、バルブと、膨張バルブ又は減圧バルブと、ガスをタンク２に搬送するホース２１とを備える。該圧力容器は、キャビネット２２の中に収納される。
【００４１】
ケーブル１１と、破裂エレメント１５と、蒸気センサと、作動センサと、バルブ１３と、阻止バルブ２０とは、該装置の作動をモニタするよう意図された制御ユニット２３に連結されている。制御ユニット２３は、各種のセンサからの信号を受信し、特にバルブ２０に対する制御信号を送信する能力のある情報処理手段を備えている。
【００４２】
通常の運転では、バルブ１３は開かれ、破裂エレメント１５は無傷すなわち閉じている。バルブ２０も閉じている。保全作業のため、変圧器１をオフにしてバルブ１３を閉じることができる。弾性スリーブ１４は変圧器１が作動時、及び短絡した際に発生する変圧器１の振動を吸収し振動が他の構成要素、特に破裂エレメント１５に伝わるのを防止する。減圧チャンバ１６は、非常に低い損失水頭によって、破裂エレメント１５が破損したときに急激な圧力低下を可能にする。
【００４３】
変圧器１の電気的故障の後、破裂エレメント１５が破損すると、タンク２内の圧力は低下する。ガス及び／又は液体のジェットが破裂エレメント１５を通過して減圧チャンバ１６の中に流れ出し、次に貯留容器１８へのパイプ１７に流入する。破裂エレメント１５の破損の後の数ミリ秒における減圧チャンバ１６の役割が特に重要であることが分かっている。
【００４４】
減圧の後、例えば窒素などの不活性ガスをタンク２の底部に注入し、タンク２中に残存しやすい可燃性ガスを追い出し、変圧器の熱くなった部分を冷却してガスの発生を止めることができる。不活性ガスの注入を、破裂エレメント１５の破損の後数分から数時間作動させ、望ましくは、ガスと液体とを適切に分離するのに十分な鎮静時間をとる。さらに貯留容器１８とその内容が冷却するのを待つことができよう。前記の可燃性ガスは貯留容器１８に排出される。移動容器を導管１９につないでバルブ２０を開き、貯留容器１８の中にある流動体を受けることができる。不活性ガスを使って貯留容器１８をパージすることができる。その後、破裂エレメント１５を交換することができる。安全のため、不活性ガス用の容器は、約４５分の期間不活性ガスを注入できるように設計され、この期間は、オイルをかき立ててオイル及び熱くなった部分を冷却し、これによりオイルの分解によるガスの発生を止めるのに効果的であることが分かっている。
【００４５】
変圧器１に、該変圧器１とそれが連結されている電力ネットワークとの間のインタフェースの役割を果たす一つ以上の負荷時タップ切替え装置２５を備え、ネットワークに供給される電流が変動しても一定の電圧を提供することができる。負荷時タップ切替え装置２５は、排液パイプ２６によって排出用に意図されたパイプ１７につながれている。これは、負荷時タップ切替え装置２５も同様に可燃性冷却流動体によって冷却されているからである。その高い機械的強度の故に、負荷時タップ切替え装置の爆発は非常に激しいものとなり、燃えている冷却用流動体のジェットの噴出を伴う可能性がある。パイプ２６は、短絡とそれによる負荷時タップ切替え装置２５内部の過剰圧力とが生じた場合に、破裂できる圧力除去エレメント２７を備えている。こうして、負荷時タップ切替え装置２５のタンクの爆発が防止される。
【００４６】
本発明によって、このように、非常に迅速に絶縁破壊を検知し、同時にもたらされる結果を限定するための処置をとる変圧器爆発防止装置が提供される。結果として、変圧器、負荷時タップ切替え装置、及びブッシングが助かり、絶縁不良に関連する損害が最小限に抑えられる。
【００４７】
図２に示すように、減圧チャンバ１６は、タンク２の本体２ａに固定されたブラケットによって支持された４つのダンパー２８の上に置かれている。これにより、一方で通常の運転時には、変圧器１からの振動と減圧チャンバ１６との間で、他方で絶縁破壊の際には、変圧器の変形と該チャンバとの間で機械的な分離が図られている。
【００４８】
図３に示された実施形態において、いくつかの隣り合った変圧器１が貯留容器１８につながれている。言い換えれば、いくつかの異なる変圧器に対するいくつかの防止装置が一つの貯留容器１８を共有することができる。これは、特に利用可能なスペースが限定された閉じられた領域で特に有利なのは明らかである。
【００４９】
図４に示された実施形態において、該防止装置は、パイプで貯留容器１８につながれた真空ポンプ３０をさらに含む。貯留容器１８には、例えば窒素ガス膨張などによる冷却システム１８ｂを備えることができる。該防止装置を運転するときは、真空ポンプ３０を作動し貯留容器１８内に不完全真空を生成した後停止する。破裂エレメント１５が破れた後、貯留容器１８に収納可能なタンク２からのガスの質量は最大等圧において増加する。従って減圧を容易にすることができる。貯留容器の容積を低減し、これによりスペースの利得を得ることができる。
【００５０】
図５に示された実施形態において、該防止装置は、パイプ１７又は貯留容器１８に連結され、圧力に耐える瓶３２の中に排気するガスポンプ３１をさらに含む。破裂エレメント１５が破損した後、ガス類が冷却するのに十分な時間流れてから、ガスポンプ３１を作動させ貯留容器１８の中に存在するガスを排出する。かくして貯留容器１８の中のガスは除去され、このガスは不活性ガスと可燃性ガスとの混合となろう。ガスポンプ３１を停止させた後、瓶３２を容易に取り外し離れたところに移送できる。この実施形態は特に鉱山又はトンネルに据え付けられた変圧器に適している。
【００５１】
図６〜９に示すように、破裂エレメント１５は凸状のドーム型円形で、タンク２の排出口の、図示されていない開口部に、２つの円板形のフランジ３３、３４で固定して取り付けるよう意図されている。圧力除去エレメント１５は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金製などの薄い金属シート状の保持部分３５を含む。保持部分３５の厚さを０．０５ｍｍから０．２５ｍｍの間にすることができる。
【００５２】
保持部分３５は、いくつかの部分に分かれた放射状の溝３６を有する。放射状溝３６は、保持部分３５の厚みの中への凹みとして形成され、保持部分３５がその中心部から裂けて、破片が生じことなく破裂が起こるようになっており、これにより、圧力除去エレメント１５の破片が切り離され、圧力除去エレメント１５を通過する流動体に流されて下流に配置されたパイプを損傷するリスクが発生するのを防止する。
【００５３】
保持部分３５には、溝３６ごとに中心部近くに配置された非常に小さな直径のスルーホール３７が設けられている。別の言い方をすれば、いくつかのホール３７が六角形に配置されている。これらホール３７は強度の弱い、裂け目発生の箇所を形成し、破裂が保持部分３５の中央から開始されることを確実にする。溝３６ごとに少なくとも一つのホール３７を形成することによって各溝３６が同時に分離されるのを確実にし、可能最大の通過路断面を生成する。変形型として、溝３６の数を６以外にする及び／又は溝３６ごとにいくつかのホール３７を形成することも考えられる。不透過性コーティング５０でホール３７をふさぐことができる。
【００５４】
圧力除去エレメント１５の破裂圧力は、特に、ホール３７の直径と位置、溝３６の深さ、及び保持部分３５を形成する材料の厚さと組成により決まる。望ましくは、溝３６を保持部分３５の全厚に亘って形成する。保持部分３５の残りの部分は一定の厚さとすることができる。
【００５５】
隣り合う２つの溝３６は三角形３９を形成し、破裂時にはホール３７の間の材料が裂けて隣の三角形と分離され、折り曲げられて下流の方向に変形することになる。三角形３９は裂けることなく折れ曲がり、これら三角形３９が切り離され、下流のパイプを損傷したり下流のパイプの流れを妨げたりして、損失水頭を増大させ、上流側の減圧プロセスを減速させる可能性を防止する。また、溝３６の数は、保持エレメント１５の直径にも左右される。
【００５６】
フランジ３３の下流に配置されたフランジ３４は、それを通して開けられた半径方向の穴を有し、この穴の中には保護チューブ４１が配置される。破裂検知素子は、保持部分３５の下流側面に固定され、ループ状に配置された電気配線４２を含む。電気配線４２は保護チューブ４１中に及び接続ユニット４３にまで伸びている。電気配線４２は、保持エレメント１５のほぼ全直径に亘って伸びており、配線の一部４２ａは、一つの溝３６と平行に該溝３６の片側に配置され、配線の他の部分４２ｂは、同じ溝３６の他の側に該溝３６と平行に半径方向に配置されている。この２本の配線部分４２ａ、４２ｂの間の距離は小さい。この距離を、２つのホール３７を隔てる最大距離よりも小さくして、配線４２にホール３７の間を通過させることができる。
【００５７】
電気配線４２は、これを腐食から保護し、保持部分３５の下流側に接着すること両方の役割を果たす保護フィルムでカバーされる。また、このフィルムの組成は破裂エレメント１５の破裂圧力を変化させないものを選択するようにする。このフィルムを脆化ポリアミドとすることができる。破裂エレメントの破損は必然的に配線４２の切断につながる。この断線は、配線４２を通って流れる電流の中断、もしくは配線４２の両端の間の電圧差異により非常に簡単で信頼できる方法によって検知することができる。
【００５８】
また、破裂エレメント１５は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金製など金属シートの形でフランジ３３と３４との間に配置された強化部分４４を含む。強化部分４４の厚さを０．２ｍｍから１ｍｍの間にするとよい。
【００５９】
強化部分４４は、例えば５つの、厚さ全体に亘って形成された放射状の溝４５で分離された複数のローブを含む。ローブは外部環状縁部に結合されており、溝４６が、隣りのローブの近辺を除き、円の弧の形で各ローブの全厚に亘って形成され、これによってローブは軸方向に変形することができるようになっている。ローブの一つが、中央部の多角形４７に例えば溶接などで結合される。多角形４７は、ローブ群の中央を閉じ、他のローブに固定されたフック４８と重なり、多角形４７が軸方向に各ローブと対応するフック４８との間に入るようにして、ローブ群に対して軸方向に組み合わされる。多角形４７をフック４８の底面と接させて軸方向に抑えさせることができる。強化部分４４は一つの方向には十分な軸方向強度を、他の方向、すなわち破裂エレメント１５が破損する方向には非常に低い軸方向強度を有する。強化部分４４は、変圧器１のタンク２中の圧力が、減圧チャンバ１６の圧力よりも低い場合には特に有用であり、こういったことは、変圧器１の充てんのためタンク２中が不完全真空にされた場合に生ずることがある。
【００６０】
保持部分３５と強化部分４４との間に、例えば、ポリ四フッ化エチレン・ベースの不透過性合成材料の薄膜５０を含む不透過性部分４９を配置し、保持部分３５及び強化部分４４によって薄膜５０に穴を開けられることを防止するため、事前カットされた合成材料の厚膜５１でその両面を囲うことができる。各々の厚膜５１には、例えば、ポリ四フッ化エチレン・ベースの厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ台の合成材料を含めることができる。厚膜５１を約３３０°の円弧の形に事前カットすることができる。薄膜５０の厚さを０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍ台とすることができよう。
【００６１】
破裂エレメント１５は、一方向からの圧力に対する十分な抵抗力と、他の方向からの圧力に対する調整された抵抗力と、優れた不透過性と、遅延のない破損とを備える。
【００６２】
不透過性を強化するため、破裂エレメント１５には、フランジ３３と保持部分３５との間に配置されたワッシャ５２、及びフランジ３４と強化部分４４との間に配置されたワッシャ５３を含めることができる。ワッシャ５２及び５３をポリ四フッ化エチレン・ベースの材料で作製することができる。
【００６３】
さらに、該防止装置に流動体を冷却するための手段を備えることができる。該冷却手段には、パイプ１７上及び／又は貯留容器１８上のフィン、貯留容器１８用の空調設備、及び／又は、例えば窒素など膨張によって貯留容器１８を冷却することのできる液化ガスの貯蔵を含めることができる。
【００６４】
図１０及び１１の実施形態において、該防止装置は、例えばタンク２の蓋２ｂの上に、ほぼ垂直に配置されている。減圧チャンバ１６は、終端が閉じられ、破裂エレメント１５に接続され、破裂エレメント１５よりも大きな直径を有し、破裂エレメント１５の下流に取り付けられた垂直軸型シリンダを含む。また、減圧チャンバ１６は回収容器も形成している。パイプ１９は減圧チャンバ１６のシリンダの上部域に連結されている。パイプ５４は、液体の除去のため、減圧チャンバ１６のシリンダの下部域に結合されている。この実施形態は特にコンパクトで、防止装置の大部分がタンク２の上に配置されている。
【００６５】
一つの有利な改良型において、パイプ５４はレベル・タンク８につながれている（図１０の点線参照）。レベル・タンク８のまだ利用可能な容積、すなわち液体が占めていない部分は、減圧チャンバ１６からの液体の受け入れに使うことができる。追加の破裂エレメント６１を、パイプ５４の減圧チャンバ１６とレベル・タンク８との間に配置することができる。この追加の破裂エレメント６１は、減圧チャンバ１６の上流の破裂エレメント１５よりも高い破裂圧力に設定することができる。
【００６６】
作動時には、パイプ５４中の損失水頭によって、破裂エレメント１５の破裂の間に自動逆止めバルブ１０が閉じる時間が得られる。レベル・タンク８は、減圧チャンバ１６から液体を回収し、自動逆止めバルブ１０は閉じられている。
【００６７】
図１１に示すように、減圧チャンバ１６は、パイプ２６の延長として配置されたパイプ１７の中に開かれている。パイプ１７はレベル・タンク８に入り込んでいる。
【００６８】
図１２の実施形態において、該防止装置は、本体２ａの高さの約半分から３分の２の間の位置の本体２ａの点に配置されたタンク２の排出口に取り付けられたバルブ１３を含む。パイプ１７は減圧チャンバ１６の後で上向きに曲がり、変圧器１の巻線のレベルよりも高いレベルに配置された最高部分１７ａを含む。一例として、最高部分１７ａの底部を、巻線の上端より上約２０ｍｍに位置させることができよう。これにより、部分的排出及び減圧状態においても、巻線が浸漬状態にとどまり絶縁を保持することが可能になる。
【００６９】
パイプ９には、自動逆止めバルブ１０とタンク２の蓋２ｂとの間に配置された、ガス検知器５５が備えられている。パイプ５６は、パイプ９とパイプ１７の最高部分１７ａとを結んでいる。パイプ５６は、ガス検知器５５と自動逆止めバルブ１０との間でパイプ９につながれている。パイプ５６には、保全作業期間を除いて開状態に保たれている手動バルブ５７と、制御ユニット２３に制御され通常運転の間は閉位置にあり、エレメント１５による圧力開放の後は開状態になってパイプ９の中に存在する可燃性ガスを取り出すソレノイド・バルブ５８とが配置されている。
【００７０】
さらに、絶縁オイルを備えたブッシング６にも、パイプ１７につながれたパイプ６０中に開放する圧力除去エレメント５９が備えられている。圧力除去エレメント５９を、圧力除去エレメント１５と同様な構造とし、サイズを調整することができる。このように、タンク、ブッシング、及び負荷時タップ切替え装置に各々圧力除去エレメントを備え、これらの完全性を保つ可能性を高めることができよう。
【００７１】
図１３の実施形態において、該防止装置は、本体２ａの低い箇所に配置されたタンク２の排出口に取り付けられたバルブ１３を含む。パイプ１７は、前の実施形態と同様、減圧チャンバ１６の後ろで上向きに曲がり、最高部分１７ａを含む。
【００７２】
こういった保護システムは、経済的で、隣の設備に対し独立しており、サイズがコンパクトで保守作業が要らない。
【００７３】
また、制御ユニットを、火災検知器、蒸気センサ（ブッフホルツ）などの二次的なセンサ、及び爆発防止装置が役立たない場合の消化プロセスを作動するための、電力キュービクルの作動センサに接続することもできる。
【００７４】
かくして、本発明により、変圧器の構成要素の変更がほとんど必要なく、絶縁破壊を非常に早く検出し、同時に、閉じられた場所での場合も含め、発生事故を限定する処置を取る変圧器爆発防止装置を提供する。これは油入りコンデンサの爆発とこれによる火災を防止し、短絡に関連した、変圧器、負荷時タップ切替え装置及びブッシングへの損害を軽減する効果がある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多量の可燃性流動体で冷却される変圧器の爆発防止の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器は巻線及び鉄心の両方の損失に耐えるため発生した熱を放散する必要がある。そこで、高電力の変圧器は通常オイルなどの流動体で冷却されている。使われるオイルは誘電体で、温度が約１４０℃を上回ると着火可能になる。変圧器は非常に高価な装置なので、その保護については特段の注意を払う必要がある。
【０００３】
絶縁不良は、まず第一に強い電気アークを発生させ、これが電気的保護システムを誘起して変圧器の電力キュービクル（電流遮断器）を作動させる。また、電気アークはエネルギーの放散をもたらし、絶縁オイルを分解してガス、特に水素とアセチレンを放出させる。
【０００４】
ガスが放出されると変圧器タンクの内部圧力が急激に上昇し、多くの場合非常に激しい爆燃が起こる。この爆燃が変圧器タンクの機械的連結（ボルト、溶接部）に大きな裂傷を引き起こし、前記のガスを周辺の空気中の酸素と接触させる。アセチレンは酸素が存在すると自己発火するので、すぐさま火災を生じ、同様に大量の可燃性物質を包含している可能性の高い敷地内の他の設備類に延焼する。
【０００５】
爆発は、過負荷、サージ電圧、漸進的絶縁劣化、不十分なオイル・レベル、水又はカビ類の混入、絶縁部品の故障による短絡に起因する絶縁破壊により起こる。
【０００６】
従来から、火災検知器により作動する変圧器用の消火システムが知られている。しかしながら、こういったシステムは、相当な時間差をもって、変圧器のオイルが既に燃えているときに作動する。従って、こういったシステムは、火災を関連する設備内に止め、隣接する設備を延焼させないためにだけに使われてきた。
【０００７】
電気アークによる絶縁流動体の分解速度を落とすため、従来の鉱物オイルの代わりにシリコン・オイルを用いることができる。但し、内部圧力上昇による変圧器タンクの爆発をごく短時間、数ミリ秒程度延ばすだけである。この時間では爆発を防ぐことはできなかった。シリコン・オイルは高価である。
【０００８】
国際公開Ａ−９７／１２３７９号に、可燃性の冷却流動体を満たしたタンクを備えた変圧器の爆発及び火災を防止するための方法が記載されており、この方法では、圧力センサを使って変圧器の電気絶縁の破壊を検知し、バルブを使ってタンクに包含される冷却流動体の減圧をし、タンク底部にある高圧不活性ガスを注入し前記流動体をかき立てて酸素が変圧器タンクに入り込むのを防止する。この方法は十分なもので変圧器タンクが爆発するのを防止する。
【０００９】
国際公開Ａ−００／５７４３８号は、変圧器爆発防止装置用の急速に開口する破裂エレメントを開示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構造の部品を使い、極めて急速にタンクを減圧し、変圧器、負荷時タップ切替え装置、及びブッシングの全体性を保つ可能性をさらに向上させる、改良された装置を提供することである。
【００１１】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンクを備える変圧器の爆発を防止するための装置は、タンクの放出口に配置されたタンク減圧のための圧力除去エレメントと、圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器と、該貯留容器の排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動操作バルブとを含み、貯留容器は密封され、圧力除去エレメントを通過した流動体を回収する。かくして、流動体が、安全性、公害の面から又は他の理由により望ましくない場所に拡散するのを防止する。これは、流動体が、液体とガスとの混合物となることがあり、発火及び爆発のための条件を満たすのに十分な酸素がある場合に着火する危険があるからである。さらに、この流動体の特定の成分は、特に閉ざされた雰囲気では、人体及び／又は環境に有害なことが判明している。
【００１２】
有利には、貯留容器の放出口に自動的圧力除去エレメントを取り付ける。該圧力除去エレメントには、貯留容器の爆発を防止するため、圧力が閾値を超えた場合に開く能力のあるバルブを含めることができる。このときのバルブによる放出は、該バルブの作動閾値より低い圧力に戻すのに必要な量に限られる。圧力除去エレメントの下流に追加のパイプを配置することができる。追加パイプは、流動体を最も適切な場所に導くためのものである。この追加パイプには冷却手段を備えることができる。こうして流動体を逃がす前にその温度を下げ、発火の危険を低減することができる。貯留容器に、例えば、ガス膨張バルブなどの形で冷却手段を備えることができる。
【００１３】
有利には、火炎防止エレメントを追加パイプに備えることができる。この火炎防止エレメントを酸素がパイプに入るのを防止する流動体逆止めバルブの形にすることができる。また、火炎防止エレメントには、火炎が存在すると該バルブを遮断する能力のある部分を含めることができる。また、圧力除去エレメントには、ソレノイド・バルブを含め、燃焼の存在下では該ソレノイド・バルブを閉じるように命令する能力を備えた、外部の制御ユニット又は該バルブに隣接する温度検知器に制御させことができる。
【００１４】
貯留容器には冷却手段を備えることができる。
【００１５】
一つの実施形態において、該装置は貯留容器につながれた真空ポンプを含む。こうして、貯留容器を周辺の大気及び変圧器の通常行き渡った圧力よりも大幅に低い圧力にすることができ、これによって変圧器タンクの減圧が容易になり、同タンク中に存在する酸素の量が低減される。
【００１６】
一つの実施形態において、該装置は、ガスポンプ及び補助貯留容器を含む。ガスポンプは、貯留容器と補助貯留容器との間に配置され、例えばポンプ送りと同時に窒素をフラッシングしながら、可燃性及び／又は毒性のガスを貯留容器から補助貯留容器に搬送し、その後該補助容器を貯留容器及びガスポンプから分離することができる。ガスポンプには、コンプレッサを含めることができ、補助貯留容器には圧力囲壁を含めることができる。こうして可燃性の毒性ガスを縮小された容積中に収納することができる。
【００１７】
有利には、該装置は、圧力除去エレメントと貯留容器との間に配置された減圧チャンバを含む。該減圧チャンバは非常に低い損失水頭を示し、圧力除去エレメントのすぐ下流に配置して変圧器タンクの急速な減圧を可能にすることができる。貯留容器は、減圧チャンバから、変圧器タンクと減圧チャンバとの間の距離よりもずっと大きな距離を離して置くことができる。この減圧チャンバは、パイプの直径よりもずっと大きな直径を持つ配管の一部の形をとることができる。減圧チャンバを、貯留容器に対し設計されたよりも大きな高圧力と機械的負荷とに耐えるように有利に設計することができる。
【００１８】
一つの実施形態において、圧力除去エレメントは、有孔剛体ディスクと不透過性膜とを含む。また、圧力除去エレメントには、スロット割りディスクを含め、該ディスクを流動体の流れの方向に半球形にすることができる。スロット割りディスクには、ほぼ放射状になったスロット割りによって相互に分離された複数のローブを含めることができる。ローブはディスクの環状部分に接続され、止めヅメを使い相互に重なり合って、変圧器タンクの内部圧力よりも大きな外部圧力に耐えることができる。有孔剛体ディスクには、該ディスクの中心近くに配置された複数のスルーホールを設け、そこから放射状にスロットを伸ばすことができる。不透過性膜をポリ四フッ化エチレン・ベースの薄層で構成することができる。
【００１９】
スロット割りディスクには軸方向に推力がかかっている間、相互に重なることのできる複数の部分を設けることができる。
【００２０】
一つの実施形態において、圧力除去エレメントは、不透過膜を保護するためのディスクをさらに含み、該保護ディスクは事前カットされた薄いシートを含む。該保護ディスクを不透過膜よりも大きな厚さを持つポリ四フッ化エチレン・シートで作製することができる。事前カット・シートの形状を円形の一部の形状とすることができる。有孔剛体ディスクには、相互に区別された放射状の複数のスロットを設けることができる。
【００２１】
有利には、該装置は、複数の変圧器に接続するよう意図された複数の圧力除去エレメントを含む。こうして、単一の貯留容器が複数の変圧器の爆発防止に対処することができ、各変圧器は少なくとも一つの圧力除去エレメントに関連付けられている。
【００２２】
該装置には、圧力除去エレメントに内蔵された破裂検知手段を含め、これにより、所定の圧力除去閾値に対するタンク圧力の検知を行うことができる。破裂検知手段には、圧力除去エレメントと同時に破断するよう意図された電気配線を含めることができる。該電気配線を圧力除去エレメントの、望ましくは流動体に対して反対側に接合することができる。該電気配線を保護フィルムでカバーすることができる。
【００２３】
該装置には、少なくとも一つの変圧器の複数の油入りコンデンサに連結するよう意図された複数の圧力除去エレメントを含めることができる。
【００２４】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンクを備えた変圧器の爆発を防止する方法は、タンクを圧力除去エレメントで減圧する工程と、圧力除去エレメントを通過した流動体を密封された貯留容器で回収する工程と、少なくとも一つの手動バルブでガスを抜く工程とを含む。
【００２５】
該爆発防止装置は、メイン・タンクと、負荷時タップ切替え装置又は切り替え装置群のタンクと、電気ブッシングのタンクに対するもので、この後者のタンクは「オイル・ボックス」とも言われる。電気ブッシングの役割は、出力導体を介して変圧器の巻線が接続された高圧及び低圧の電力線から、変圧器のメイン・タンクを分離することである。各出力導体は、特定量の絶縁流動体を包含するオイル・ボックスに囲まれている。ブッシング及び／又はオイル・ボックスの中の絶縁流動体は、変圧器のものとは異なる。変圧器タンクにつながれ、故障が検知されたときに手動又は自動で作動するよう意図された、窒素注入手段を備えることができる。窒素の注入は、可燃性のガスの変圧器タンクから貯留容器への、必要な場合には補助貯留容器への排出を促進する。
【００２６】
該爆発防止装置には、変圧器の電力キュービクルの作動を検知する手段と、変圧器のセンサ手段から送信される信号を受信して、制御信号を送信することのできる制御ユニットとを備えることができる。
【００２７】
可燃性及び／又は有毒な流動体が該装置の外部に漏れ出す可能性が大幅に低減され、しかして、こういったガスが発火する危険及び近辺にいる作業者が中毒する危険が軽減されることになる。
【００２８】
該爆発防止装置は、閉ざされた場所、例えばトンネル、鉱山、又は市街地の地下などに所在する変圧器に対し特に適している。
【００２９】
まったく限定はされない例を使い、添付の図面に示したいくつかの実施形態の詳細な説明を検討することによって、本発明は十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】火災防止装置の概略図である。
【図２】図１の詳細図である。
【図３】いくつかの変圧器に関連付けられた火災防止装置の概略図である。
【図４】図１の改良型を示す。
【図５】図１の改良型を示す。
【図６】破裂エレメントの断面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】図６に対応する上面図である。
【図９】図６に対応する下面図である。
【図１０】垂直の減圧チャンバを備えた火災防止装置の概略図である。
【図１１】図１０に対応する全体図である。
【図１２】図１の改良型を示す。
【図１３】図１の改良型を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図に示されるように、変圧器１は、脚４を使って地面３に設置されたタンク２を含み、絶縁体６によって囲まれた電力線５から電気エネルギーを供給される。タンク２は本体２ａ及び蓋２ｂを含む。
【００３２】
タンク２は例えば絶縁オイルのような冷却流動体７で満たされている。タンク２中の冷却流動体７の一定なレベルを確実にするため、変圧器１は、パイプ９でタンク２とつながれたレベル・タンク（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｏｒ）８を備えている。
【００３３】
パイプ９は、流動体７の速い移動を検知すると直ちにパイプ９を遮断する自動逆止めバルブ１０を備えている。かくして、タンク２の減圧の過程でパイプ９中の圧力が低下し流動体７が急に流れ出したとき、自動逆止めバルブ１０の遮断処置によってすばやく流れが止められる。かくして、レベル・タンク８の中にある流動体７の排出が防止される。
【００３４】
また、タンク２は一本以上の火災検知ケーブル１１を備えている。提示された実施形態では、火災検知ケーブル１１はタンク２の上部に取り付けられ、蓋２ｂの上に設置されたブロック１２によって支持されている。ケーブル１１は数センチメーターの距離で蓋２ｂから隔てられている。ケーブル１１には、低融点の合成膜で分離された２本の電線を含め、膜が溶融するとこの２本の電線が接触するようにできる。ケーブル１１を、タンク２のふちの近くに長方形の経路で配置することができる。
【００３５】
タンク２には、冷却流動体からの蒸気の存在を検知するため、タンク２の高い箇所通常パイプ９上に取り付けられる、ブッフホルツ（Ｂｕｃｈｈｏｌｚ）とも呼ばれるセンサを含めることができる。電気絶縁の破壊は、タンク２中の流動体７からの蒸気の放出を引き起こす。蒸気センサを使ってある程度の遅れで電気絶縁の破壊を検知することができる。
【００３６】
変圧器１は、図示されていないが電力キュービクルを装備しており、これはブレーカなどの電力遮断手段を含み、作動センサ類を備えている。
【００３７】
該防止装置は、本体２ａの高い箇所に配置されたタンク２の放出口に取り付けられたバルブ１３と、その破損を利用して、変圧器の電気絶縁の破壊に起因する圧力の変化を遅滞なく検知するための破裂エレメント１５と、その一つはバルブ１３と破裂エレメント１５との間に配置されている２つの振動吸収弾性スリーブ１４とを含む。また、該防止装置は、破裂エレメント１５の下流に取り付けられ破裂エレメントよりも大きな直径を持つ減圧チャンバ１６と、破裂エレメント１５の破損後にタンク２からの流動体を回収するよう意図されさらにガス部分から液体部分を分離するよう意図された貯留容器１８によって支持された、排液パイプ１７とを含む。パイプ１７は減圧チャンバ１６と貯留容器１８との間に取り付けられる。もう一つの弾性スリーブ１４が減圧チャンバ１６とパイプ１７との間に取り付けられる。
【００３８】
貯留容器１８には冷却用フィン１８ａを備えることができる。貯留容器１８はオイルから発生したガスを逃がすための導管１９を備えている。導管１９を、一時的に移動容器につないで貯留容器１８からの排出を行うことができる。こうして、タンク２は即時に減圧され、その後オイルの一部が貯留容器１８の中に排出される。破裂エレメント１５を１バールより低い、例えば０．６バールから１．６バールの間で、望ましくは０．８バールから１．４バールの間の所定の圧力で開口するように設計することができる。
【００３９】
バルブ２０は導管１９に配置され、貯留容器１８及びタンク２の中のガスとオイルの燃焼を発生させかねない空気中の酸素が入り込むのを防ぎ、ガス又は液体の制御されない流出を防止する。バルブ２０を手動又は手動制御による電動式にすることができる。バルブ２０は、貯留容器１８中に存在するガスを抜くとき、又はガスのパージを行うときを除き、常時閉じられて貯留容器の密閉性を保持する。
【００４０】
タンク２は、タンク２の底部にある窒素などの不活性ガスを注入することによって流動体７を冷却する手段を含む。不活性ガスは、圧力容器に格納され、該容器は、バルブと、膨張バルブ又は減圧バルブと、ガスをタンク２に搬送するホース２１とを備える。該圧力容器は、キャビネット２２の中に収納される。
【００４１】
ケーブル１１と、破裂エレメント１５と、蒸気センサと、作動センサと、バルブ１３と、阻止バルブ２０とは、該装置の作動をモニタするよう意図された制御ユニット２３に連結されている。制御ユニット２３は、各種のセンサからの信号を受信し、特にバルブ２０に対する制御信号を送信する能力のある情報処理手段を備えている。
【００４２】
通常の運転では、バルブ１３は開かれ、破裂エレメント１５は無傷すなわち閉じている。バルブ２０も閉じている。保全作業のため、変圧器１をオフにしてバルブ１３を閉じることができる。弾性スリーブ１４は変圧器１が作動時、及び短絡した際に発生する変圧器１の振動を吸収し振動が他の構成要素、特に破裂エレメント１５に伝わるのを防止する。減圧チャンバ１６は、非常に低い損失水頭によって、破裂エレメント１５が破損したときに急激な圧力低下を可能にする。
【００４３】
変圧器１の電気的故障の後、破裂エレメント１５が破損すると、タンク２内の圧力は低下する。ガス及び／又は液体のジェットが破裂エレメント１５を通過して減圧チャンバ１６の中に流れ出し、次に貯留容器１８へのパイプ１７に流入する。破裂エレメント１５の破損の後の数ミリ秒における減圧チャンバ１６の役割が特に重要であることが分かっている。
【００４４】
減圧の後、例えば窒素などの不活性ガスをタンク２の底部に注入し、タンク２中に残存しやすい可燃性ガスを追い出し、変圧器の熱くなった部分を冷却してガスの発生を止めることができる。不活性ガスの注入を、破裂エレメント１５の破損の後数分から数時間作動させ、望ましくは、ガスと液体とを適切に分離するのに十分な鎮静時間をとる。さらに貯留容器１８とその内容が冷却するのを待つことができよう。前記の可燃性ガスは貯留容器１８に排出される。移動容器を導管１９につないでバルブ２０を開き、貯留容器１８の中にある流動体を受けることができる。不活性ガスを使って貯留容器１８をパージすることができる。その後、破裂エレメント１５を交換することができる。安全のため、不活性ガス用の容器は、約４５分の期間不活性ガスを注入できるように設計され、この期間は、オイルをかき立ててオイル及び熱くなった部分を冷却し、これによりオイルの分解によるガスの発生を止めるのに効果的であることが分かっている。
【００４５】
変圧器１に、該変圧器１とそれが連結されている電力ネットワークとの間のインタフェースの役割を果たす一つ以上の負荷時タップ切替え装置２５を備え、ネットワークに供給される電流が変動しても一定の電圧を提供することができる。負荷時タップ切替え装置２５は、排液パイプ２６によって排出用に意図されたパイプ１７につながれている。これは、負荷時タップ切替え装置２５も同様に可燃性冷却流動体によって冷却されているからである。その高い機械的強度の故に、負荷時タップ切替え装置の爆発は非常に激しいものとなり、燃えている冷却用流動体のジェットの噴出を伴う可能性がある。パイプ２６は、短絡とそれによる負荷時タップ切替え装置２５内部の過剰圧力とが生じた場合に、破裂できる圧力除去エレメント２７を備えている。こうして、負荷時タップ切替え装置２５のタンクの爆発が防止される。
【００４６】
本発明によって、このように、非常に迅速に絶縁破壊を検知し、同時にもたらされる結果を限定するための処置をとる変圧器爆発防止装置が提供される。結果として、変圧器、負荷時タップ切替え装置、及びブッシングが助かり、絶縁不良に関連する損害が最小限に抑えられる。
【００４７】
図２に示すように、減圧チャンバ１６は、タンク２の本体２ａに固定されたブラケットによって支持された４つのダンパー２８の上に置かれている。これにより、一方で通常の運転時には、変圧器１からの振動と減圧チャンバ１６との間で、他方で絶縁破壊の際には、変圧器の変形と該チャンバとの間で機械的な分離が図られている。
【００４８】
図３に示された実施形態において、いくつかの隣り合った変圧器１が貯留容器１８につながれている。言い換えれば、いくつかの異なる変圧器に対するいくつかの防止装置が一つの貯留容器１８を共有することができる。これは、特に利用可能なスペースが限定された閉じられた領域で特に有利なのは明らかである。
【００４９】
図４に示された実施形態において、該防止装置は、パイプで貯留容器１８につながれた真空ポンプ３０をさらに含む。貯留容器１８には、例えば窒素ガス膨張などによる冷却システム１８ｂを備えることができる。該防止装置を運転するときは、真空ポンプ３０を作動し貯留容器１８内に不完全真空を生成した後停止する。破裂エレメント１５が破れた後、貯留容器１８に収納可能なタンク２からのガスの質量は最大等圧において増加する。従って減圧を容易にすることができる。貯留容器の容積を低減し、これによりスペースの利得を得ることができる。
【００５０】
図５に示された実施形態において、該防止装置は、パイプ１７又は貯留容器１８に連結され、圧力に耐える瓶３２の中に排気するガスポンプ３１をさらに含む。破裂エレメント１５が破損した後、ガス類が冷却するのに十分な時間流れてから、ガスポンプ３１を作動させ貯留容器１８の中に存在するガスを排出する。かくして貯留容器１８の中のガスは除去され、このガスは不活性ガスと可燃性ガスとの混合となろう。ガスポンプ３１を停止させた後、瓶３２を容易に取り外し離れたところに移送できる。この実施形態は特に鉱山又はトンネルに据え付けられた変圧器に適している。
【００５１】
図６〜９に示すように、破裂エレメント１５は凸状のドーム型円形で、タンク２の排出口の、図示されていない開口部に、２つの円板形のフランジ３３、３４で固定して取り付けるよう意図されている。圧力除去エレメント１５は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金製などの薄い金属シート状の保持部分３５を含む。保持部分３５の厚さを０．０５ｍｍから０．２５ｍｍの間にすることができる。
【００５２】
保持部分３５は、いくつかの部分に分かれた放射状の溝３６を有する。放射状溝３６は、保持部分３５の厚みの中への凹みとして形成され、保持部分３５がその中心部から裂けて、破片が生じことなく破裂が起こるようになっており、これにより、圧力除去エレメント１５の破片が切り離され、圧力除去エレメント１５を通過する流動体に流されて下流に配置されたパイプを損傷するリスクが発生するのを防止する。
【００５３】
保持部分３５には、溝３６ごとに中心部近くに配置された非常に小さな直径のスルーホール３７が設けられている。別の言い方をすれば、いくつかのホール３７が六角形に配置されている。これらホール３７は強度の弱い、裂け目発生の箇所を形成し、破裂が保持部分３５の中央から開始されることを確実にする。溝３６ごとに少なくとも一つのホール３７を形成することによって各溝３６が同時に分離されるのを確実にし、可能最大の通過路断面を生成する。変形型として、溝３６の数を６以外にする及び／又は溝３６ごとにいくつかのホール３７を形成することも考えられる。不透過性コーティング５０でホール３７をふさぐことができる。
【００５４】
圧力除去エレメント１５の破裂圧力は、特に、ホール３７の直径と位置、溝３６の深さ、及び保持部分３５を形成する材料の厚さと組成により決まる。望ましくは、溝３６を保持部分３５の全厚に亘って形成する。保持部分３５の残りの部分は一定の厚さとすることができる。
【００５５】
隣り合う２つの溝３６は三角形３９を形成し、破裂時にはホール３７の間の材料が裂けて隣の三角形と分離され、折り曲げられて下流の方向に変形することになる。三角形３９は裂けることなく折れ曲がり、これら三角形３９が切り離され、下流のパイプを損傷したり下流のパイプの流れを妨げたりして、損失水頭を増大させ、上流側の減圧プロセスを減速させる可能性を防止する。また、溝３６の数は、保持エレメント１５の直径にも左右される。
【００５６】
フランジ３３の下流に配置されたフランジ３４は、それを通して開けられた半径方向の穴を有し、この穴の中には保護チューブ４１が配置される。破裂検知素子は、保持部分３５の下流側面に固定され、ループ状に配置された電気配線４２を含む。電気配線４２は保護チューブ４１中に及び接続ユニット４３にまで伸びている。電気配線４２は、保持エレメント１５のほぼ全直径に亘って伸びており、配線の一部４２ａは、一つの溝３６と平行に該溝３６の片側に配置され、配線の他の部分４２ｂは、同じ溝３６の他の側に該溝３６と平行に半径方向に配置されている。この２本の配線部分４２ａ、４２ｂの間の距離は小さい。この距離を、２つのホール３７を隔てる最大距離よりも小さくして、配線４２にホール３７の間を通過させることができる。
【００５７】
電気配線４２は、これを腐食から保護し、保持部分３５の下流側に接着すること両方の役割を果たす保護フィルムでカバーされる。また、このフィルムの組成は破裂エレメント１５の破裂圧力を変化させないものを選択するようにする。このフィルムを脆化ポリアミドとすることができる。破裂エレメントの破損は必然的に配線４２の切断につながる。この断線は、配線４２を通って流れる電流の中断、もしくは配線４２の両端の間の電圧差異により非常に簡単で信頼できる方法によって検知することができる。
【００５８】
また、破裂エレメント１５は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金製など金属シートの形でフランジ３３と３４との間に配置された強化部分４４を含む。強化部分４４の厚さを０．２ｍｍから１ｍｍの間にするとよい。
【００５９】
強化部分４４は、例えば５つの、厚さ全体に亘って形成された放射状の溝４５で分離された複数のローブを含む。ローブは外部環状縁部に結合されており、溝４６が、隣りのローブの近辺を除き、円の弧の形で各ローブの全厚に亘って形成され、これによってローブは軸方向に変形することができるようになっている。ローブの一つが、中央部の多角形４７に例えば溶接などで結合される。多角形４７は、ローブ群の中央を閉じ、他のローブに固定されたフック４８と重なり、多角形４７が軸方向に各ローブと対応するフック４８との間に入るようにして、ローブ群に対して軸方向に組み合わされる。多角形４７をフック４８の底面と接させて軸方向に抑えさせることができる。強化部分４４は一つの方向には十分な軸方向強度を、他の方向、すなわち破裂エレメント１５が破損する方向には非常に低い軸方向強度を有する。強化部分４４は、変圧器１のタンク２中の圧力が、減圧チャンバ１６の圧力よりも低い場合には特に有用であり、こういったことは、変圧器１の充てんのためタンク２中が不完全真空にされた場合に生ずることがある。
【００６０】
保持部分３５と強化部分４４との間に、例えば、ポリ四フッ化エチレン・ベースの不透過性合成材料の薄膜５０を含む不透過性部分４９を配置し、保持部分３５及び強化部分４４によって薄膜５０に穴を開けられることを防止するため、事前カットされた合成材料の厚膜５１でその両面を囲うことができる。各々の厚膜５１には、例えば、ポリ四フッ化エチレン・ベースの厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ台の合成材料を含めることができる。厚膜５１を約３３０°の円弧の形に事前カットすることができる。薄膜５０の厚さを０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍ台とすることができよう。
【００６１】
破裂エレメント１５は、一方向からの圧力に対する十分な抵抗力と、他の方向からの圧力に対する調整された抵抗力と、優れた不透過性と、遅延のない破損とを備える。
【００６２】
不透過性を強化するため、破裂エレメント１５には、フランジ３３と保持部分３５との間に配置されたワッシャ５２、及びフランジ３４と強化部分４４との間に配置されたワッシャ５３を含めることができる。ワッシャ５２及び５３をポリ四フッ化エチレン・ベースの材料で作製することができる。
【００６３】
さらに、該防止装置に流動体を冷却するための手段を備えることができる。該冷却手段には、パイプ１７上及び／又は貯留容器１８上のフィン、貯留容器１８用の空調設備、及び／又は、例えば窒素など膨張によって貯留容器１８を冷却することのできる液化ガスの貯蔵を含めることができる。
【００６４】
図１０及び１１の実施形態において、該防止装置は、例えばタンク２の蓋２ｂの上に、ほぼ垂直に配置されている。減圧チャンバ１６は、終端が閉じられ、破裂エレメント１５に接続され、破裂エレメント１５よりも大きな直径を有し、破裂エレメント１５の下流に取り付けられた垂直軸型シリンダを含む。また、減圧チャンバ１６は回収容器も形成している。パイプ１９は減圧チャンバ１６のシリンダの上部域に連結されている。パイプ５４は、液体の除去のため、減圧チャンバ１６のシリンダの下部域に結合されている。この実施形態は特にコンパクトで、防止装置の大部分がタンク２の上に配置されている。
【００６５】
一つの有利な改良型において、パイプ５４はレベル・タンク８につながれている（図１０の点線参照）。レベル・タンク８のまだ利用可能な容積、すなわち液体が占めていない部分は、減圧チャンバ１６からの液体の受け入れに使うことができる。追加の破裂エレメント６１を、パイプ５４の減圧チャンバ１６とレベル・タンク８との間に配置することができる。この追加の破裂エレメント６１は、減圧チャンバ１６の上流の破裂エレメント１５よりも高い破裂圧力に設定することができる。
【００６６】
作動時には、パイプ５４中の損失水頭によって、破裂エレメント１５の破裂の間に自動逆止めバルブ１０が閉じる時間が得られる。レベル・タンク８は、減圧チャンバ１６から液体を回収し、自動逆止めバルブ１０は閉じられている。
【００６７】
図１１に示すように、減圧チャンバ１６は、パイプ２６の延長として配置されたパイプ１７の中に開かれている。パイプ１７はレベル・タンク８に入り込んでいる。
【００６８】
図１２の実施形態において、該防止装置は、本体２ａの高さの約半分から３分の２の間の位置の本体２ａの点に配置されたタンク２の排出口に取り付けられたバルブ１３を含む。パイプ１７は減圧チャンバ１６の後で上向きに曲がり、変圧器１の巻線のレベルよりも高いレベルに配置された最高部分１７ａを含む。一例として、最高部分１７ａの底部を、巻線の上端より上約２０ｍｍに位置させることができよう。これにより、部分的排出及び減圧状態においても、巻線が浸漬状態にとどまり絶縁を保持することが可能になる。
【００６９】
パイプ９には、自動逆止めバルブ１０とタンク２の蓋２ｂとの間に配置された、ガス検知器５５が備えられている。パイプ５６は、パイプ９とパイプ１７の最高部分１７ａとを結んでいる。パイプ５６は、ガス検知器５５と自動逆止めバルブ１０との間でパイプ９につながれている。パイプ５６には、保全作業期間を除いて開状態に保たれている手動バルブ５７と、制御ユニット２３に制御され通常運転の間は閉位置にあり、エレメント１５による圧力開放の後は開状態になってパイプ９の中に存在する可燃性ガスを取り出すソレノイド・バルブ５８とが配置されている。
【００７０】
さらに、絶縁オイルを備えたブッシング６にも、パイプ１７につながれたパイプ６０中に開放する圧力除去エレメント５９が備えられている。圧力除去エレメント５９を、圧力除去エレメント１５と同様な構造とし、サイズを調整することができる。このように、タンク、ブッシング、及び負荷時タップ切替え装置に各々圧力除去エレメントを備え、これらの完全性を保つ可能性を高めることができよう。
【００７１】
図１３の実施形態において、該防止装置は、本体２ａの低い箇所に配置されたタンク２の排出口に取り付けられたバルブ１３を含む。パイプ１７は、前の実施形態と同様、減圧チャンバ１６の後ろで上向きに曲がり、最高部分１７ａを含む。
【００７２】
こういった保護システムは、経済的で、隣の設備に対し独立しており、サイズがコンパクトで保守作業が要らない。
【００７３】
また、制御ユニットを、火災検知器、蒸気センサ（ブッフホルツ）などの二次的なセンサ、及び爆発防止装置が役立たない場合の消化プロセスを作動するための、電力キュービクルの作動センサに接続することもできる。
【００７４】
かくして、本発明により、変圧器の構成要素の変更がほとんど必要なく、絶縁破壊を非常に早く検出し、同時に、閉じられた場所での場合も含め、発生事故を限定する処置を取る変圧器爆発防止装置を提供する。これは油入りコンデンサの爆発とこれによる火災を防止し、短絡に関連した、変圧器、負荷時タップ切替え装置及びブッシングへの損害を軽減する効果がある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンク（２）を備えた変圧器（１）の爆発を防止するための装置であって、該装置が、前記タンクの排出口に配置され前記タンクを減圧する圧力除去エレメント（１５）と、前記圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器（１８）と、前記貯留容器の前記排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動バルブ（２０）とを含み、前記圧力除去エレメントを通過する流動体を回収するように前記貯留容器は密封されている前記装置において、該装置が、更に
前記圧力除去エレメントと前記貯留容器との間に配置された減圧チャンバ、
前記減圧チャンバと前記貯留容器との間に配置されたパイプ（１７）、
パイプ（９）によって前記タンクに接続されたレベル・タンク、及び
前記パイプ（９）と前記パイプ（１７）の最高部分を接続する接続するパイプ（５６）を含むことを特徴とする、爆発を防止するための前記装置。
【請求項２】
前記パイプ（５６）に配置された手動バルブ及びソレノイド・バルブを具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ソレノイド・バルブは、制御ユニットによって制御され、通常運転の間は閉位置にあり、前記圧力除去エレメントによる圧力開放の後は開位置になる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
流動体の速い移動が検出されると直ちにパイプを遮断する自動逆止めバルブ、及び前記自動逆止めバルブと前記タンクの蓋との間に設けられたガス検出器が、前記パイプ（１７）に設けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記パイプ（５６）が、前記ガス検出器と前記自動逆止めバルブとの間に前記パイプ（１７）が接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パイプ（９）が、前記変成器の捲線のレベルよりも高いレベルに配置された最高部分を含む、請求項１乃至５の何れか１項記載に記載の装置。
【請求項７】
前記減圧チャンバが、実質的に水平な軸を有している、請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記減圧チャンバが、実質的に水平な軸を有している、請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
液体の除去のため、前記減圧チャンバの下部域に接続されているパイプ（５４）を含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
ガスを逃がすための導管を備えている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
一つ以上の負荷時タップ切替え装置（２５）は、排液パイプによってパイプ（１７）につながれている、請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記圧力除去エレメントが、制御ボックスに接続されている請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【請求項１】
可燃性の冷却流動体で満たされたタンク（２）を備えた変圧器（１）の爆発を防止するための装置であって、該装置が、前記タンクの排出口に配置され前記タンクを減圧する圧力除去エレメント（１５）と、前記圧力除去エレメントの下流に配置された貯留容器（１８）と、前記貯留容器の前記排出口に取り付けられた少なくとも一つの手動バルブ（２０）とを含み、前記圧力除去エレメントを通過する流動体を回収するように前記貯留容器は密封されている前記装置において、該装置が、更に
前記圧力除去エレメントと前記貯留容器との間に配置された減圧チャンバ、
前記減圧チャンバと前記貯留容器との間に配置されたパイプ（１７）、
パイプ（９）によって前記タンクに接続されたレベル・タンク、及び
前記パイプ（９）と前記パイプ（１７）の最高部分を接続する接続するパイプ（５６）を含むことを特徴とする、爆発を防止するための前記装置。
【請求項２】
前記パイプ（５６）に配置された手動バルブ及びソレノイド・バルブを具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ソレノイド・バルブは、制御ユニットによって制御され、通常運転の間は閉位置にあり、前記圧力除去エレメントによる圧力開放の後は開位置になる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
流動体の速い移動が検出されると直ちにパイプを遮断する自動逆止めバルブ、及び前記自動逆止めバルブと前記タンクの蓋との間に設けられたガス検出器が、前記パイプ（１７）に設けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記パイプ（５６）が、前記ガス検出器と前記自動逆止めバルブとの間に前記パイプ（１７）が接続されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パイプ（９）が、前記変成器の捲線のレベルよりも高いレベルに配置された最高部分を含む、請求項１乃至５の何れか１項記載に記載の装置。
【請求項７】
前記減圧チャンバが、実質的に水平な軸を有している、請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記減圧チャンバが、実質的に水平な軸を有している、請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
液体の除去のため、前記減圧チャンバの下部域に接続されているパイプ（５４）を含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
ガスを逃がすための導管を備えている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
一つ以上の負荷時タップ切替え装置（２５）は、排液パイプによってパイプ（１７）につながれている、請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記圧力除去エレメントが、制御ボックスに接続されている請求項１乃至１０の何れか１項記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−７４７２８（Ｐ２０１２−７４７２８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６５８３４（Ｐ２０１１−２６５８３４）
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【分割の表示】特願２００８−５１８８９８（Ｐ２００８−５１８８９８）の分割
【原出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５０８００２９７７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【分割の表示】特願２００８−５１８８９８（Ｐ２００８−５１８８９８）の分割
【原出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５０８００２９７７）
【Ｆターム（参考）】
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