专利名称：用于监控在一个填充有液体的设备内的气体体积的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控在一个填充有液体的设备内的气体体积的装置，其中，所述设备通过一个入流管道与至少一个膨胀容器相连以及所述装置包含一个浮游在所述液体中的浮游体。膨胀容器在本发明的意义上可以理解为一种可以容纳通过所述设备的入流管道膨胀的液体的容器以及一种气体收集容器，例如一个连接在液体膨胀容器前的双浮子继电器(Buchholzrelais)。另外，本发明涉及一种用于借助于一个在设备的膨胀容器内浮游的浮游体监控一个填充有液体的设备内的气体体积的方法。
在大型变压器中，基于在运行期间所存在的大的电磁损耗以及与此相关的变压器变热而强迫需要充分冷却所述设备。为此目的，这些变压器的核心和绕组要安置在一液体容器、尤其一个油箱内。位于油箱内的冷却液体亦即绝大部分变压器油在运行过程中由于变压器变热而膨胀，同时溢流的液体被收集在一个安置在所述变压器之上的膨胀容器内。除了由热能引起液体膨胀外，由于剧烈地加热所述冷却液体以及由于在变压器中发生的化学-物理过程可能会从冷却液体中散发出附加的气体或者在设备或连接管道内产生附加气体。同样，由于在设备或连接管道内的漏泄可能会使周围空气进入到该气密的回路中以及聚集在该设备内部或者所述膨胀容器内。这些气体由于其密度轻而聚集在所述位于变压器之上的膨胀容器内。
这些膨胀容器就其功能而言被称为气体收集器，通常也称为双浮子继电器。按照德国工业标准DIN 42566规定在一用油冷却的变压器运行过程中当超出一预定的气体体积时要发出一报警信号。其中，在所述作为相应的膨胀容器和气体收集容器的双浮子继电器内部探测是否达到所述预定的气体体积，气体收集容器连接在一个原有的液体膨胀容器之前。该液体膨胀容器仅仅用于容纳所述膨胀的液体以及因此是一个敞开的与周围空气相接触的系统。如果在所述液体膨胀容器存在一种液体以及在所述设备中没有形成附加的气体，则所述膨胀容器(双浮子继电器)完全被液体充满。基于在所述膨胀容器内探测到的报警信号，显示变压器一种可能出现的危急状态以及可以通过深入地检查所述变压器来检测这种危急状态。
此外，由德国专利申请DE101 33 615C1公开了一种用于检测在一个填充有液体的设备、尤其是高压设备内的未溶解气体的装置，其中，借助于该装置可以测出在一个双浮子继电器中气体产生随时间的变化情况。在该德国专利申请DE101 33 615C1范围内所建议的测量装置由一个差分压力测量装置组成，该差分压力测量装置通过两根充满液体的管道与至少两个压力测量接头相连。在此，所述充满液体的管道一方面与所述双浮子继电器内部连通以及另一方面与一根向上开口的参考液柱相连。
本发明所要解决的技术问题是快速且可靠地探测在一个填充有液体的设备内存在的气体体积。
上述技术问题通过按照权利要求1所述的装置以及按照权利要求9所述的方法得以解决。
为此按照本发明规定，一浮游体与一根固定在所述膨胀容器内的轴相连以及相对于该轴可旋转地被支承。从本发明的角度看，所述轴的这种可旋转的支承包括所述浮游体相对于一根固定轴的铰接以及所述轴带着一个与其固定连接的浮游体围绕该轴的旋转轴线旋转。所述浮游的浮游体反映了在膨胀容器内的液面的高度水平面，使得可以从另外对膨胀容器的形状和尺寸的认识中推断出处于液体之上的气体体积。
一个连接元件、尤其是一个直径小且自重轻的杆件相宜地将所述轴与所述与该轴间隔一定距离的浮游体连接起来。所述轴与液面之间的相对高度以及所述连接元件的长度决定了所述待探测的气体体积的测量宽度以及气体探测的精度。
比较有利的方式是，一个位置固定的力传感器检测在所述连接元件上的一预定长度(a)处的扭矩。在所述力传感器中测量的扭矩超出一个预定的扭矩时由一个处理装置产生一个报警信号。所述预定的扭矩鉴于所述轴在膨胀容器内的相对位置是衡量在一个用作双浮子继电器的膨胀容器内的最大可探测到的气体体积的尺度，当其被超过时就发出一个报警信号，并且该预定的扭矩因此要满足德国工业标准DIN42566。
另外，比较有利的是，处于一些确定的高度水平面上的多个浮游体分别相对于一些相互平行设置的轴相对错开地设置，在此，各浮游体具有不同的尺寸和/或密度。通过在各根轴的不同高度水平面上安装不同密度的浮游体可以探测不同气体和/或借助于不同气体体积测量方法检测到的气体体积相互调整来提高气体体积测量的精度。但是为了探测不同气体需要，将所述膨胀容器划分成一些独立的腔室以及在每个腔室中通过一个位于该腔室中的浮游体仅仅分别用于确定一种气体。
作为替代方式，一个位置固定的角度测量仪检测所述浮游体的连接元件与所述轴的一个水平横轴线之间的角度。通过测得一个角度同样地借助于所述膨胀容器的尺寸和形状可以确定一个处于液体之上的气体体积。在所述浮游体的连接元件与所述水平线之间的角度超出一个预定的角度值时一个在所述用作双浮子继电器的膨胀容器内的处理装置产生一个报警信号以及因此该处理装置同样要满足德国工业标准DIN42566。
所述浮游体有利地具有附加的电容性和/或电感性元件和/或光学元件，其中，一个处理装置检测通过这些元件产生的电磁信号和/或电信号和/或光信号。通过采用附加的或可选用的各种体积确定方法可以将所述分别测得的气体体积相互调准。
按照本发明提供了一种用于监控在一个填充有液体的设备内的气体体积的方法，其中，所述设备具有一个与至少一个膨胀容器相连的入流管道以及一个浮游在所述液体中的浮游体处于所述膨胀容器内，在所述膨胀容器内将该浮游体与一个位置固定的轴连接并使之相对于该轴可旋转地被支承，其中，检测所述浮游体相对于所述轴的旋转运动。有利的扩展方式是，将所述轴定位在所述膨胀容器内的一个基于相对于所述膨胀容器的上罩盖内侧面最大的待检测气体体积确定的高度水平面上，以及借助于一个尤其沿一个支架的预定凹槽形式的固定装置将所述轴固定在确定的高度水平面上。因为所述待探测的气体体积持续地聚集在所述用作双浮子继电器的膨胀容器内的液体之上，因此相宜地相对于所述上罩盖的内侧面地确定待探测的气体体积以及因此可以测得所述轴的待确定的高度水平。
下面借助于附图所示具体实施方式
详细阐述本发明。附图中
图1表示所述按照本发明的装置的简略示意图；图2表示带有两个本发明装置的一个气体检测系统的简略示意图。
图1表示所述作为膨胀容器1a的本发明装置的简略示意图。所述在一个(未示出的)变压器之上安置的膨胀容器1a通过一个(未示出的)连接管道与一个入口2相连。另外，该膨胀容器1a通过一个出口3与一个(未示出的)后置膨胀容器1b相连，其中，该后置的液体膨胀容器同样可以构造为在上罩盖10a中存在有一个出口3的膨胀容器1a。其中，该(未示出的)后置膨胀容器1b防止所述膨胀容器1a在完全充满液体时在其内部压力过度升高。在膨胀容器1a内部安置两个浮游体5、6，其中，这两个浮游体5、6通过间隔一定距离的连接元件4a、4b可相对于所述处于该膨胀容器1a内的液体的液面可旋转地被支承。所述上方浮游体5与一根在一确定的高度水平面9上的轴11相连并且可旋转地被支承。如果液面下降到一个规定的水平面之下以及因此面临变压器过热的危险时，下方浮游体6切断所述全部变压器设备。这一点也同样适用于封堵盖8，该封堵盖8确保在(例如在变压器内部发生爆炸时)猛然压力升高的情况下迅速关闭所述膨胀容器1a。上方浮游体5这样安装在所述膨胀容器1a中，即，使得它可以在膨胀容器1a内有气体形成的情况下持续地检测气体体积。这一点是通过下述措施保证的，即，所述上方浮游体5相对于所述膨胀容器1a的上罩盖10a内侧间隔一个预定距离地设置以及可相对于如此确定的相对水平面9可旋转地被支承。由此可以持续而无遗漏地监控在膨胀容器1a内的气体体积的形成直至达到一个最大预定的气体体积以及在超过该最大的预定气体体积时由监控系统发出一个报警信号。取决于所采用的液体以及进而基于通过所述浮游体5相对于轴11的浮游而形成的最大可能的扭矩来求得所述浮游体5、6的密度和尺寸以及所述连接元件4a、4b的长度。与所述上方浮游体5或上方连接元件4a相连的力传感器7持续地反映所述通过该浮游体5形成的力矩或扭矩并因此是一个对于所述位于膨胀容器1a内的气体体积量的度量，由此可以快速且可靠地探测出气体体积。
图2表示带有两个按照本发明的膨胀容器1a、1b的一个设备12的简略示意图。在一个液体容器14、尤其是一个高压变压器设备14上在该液体容器14的顶部区域内安装一入流管道13。该入流管道13通过一个入口2与一个第一膨胀容器1a相连。该第一膨胀容器1a用于检测在所述设备12的在该膨胀容器1a内汇集的气体体积。通过一个出口3，所述第一膨胀容器1a通过另一个入流管道13与一个安置在更高位置处的第二膨胀容器1b的入口2相连。另外，在上罩盖10a(图2中未示出)中有出口3，其用于与周围空气平衡。再在环境气压下测量所述在第二膨胀容器1b内测得的气体体积。
附图标记清单1a 第一膨胀容器1b 第二膨胀容器2 入口3 出口4a 上方连接元件4b 下方连接元件5 上方浮游体6 下方浮游体7 位置固定的力传感器8 封堵盖9 确定的高度水平面10a 上罩盖10b 下罩盖11 轴12 设备13 流管道14 液体容器
权利要求
1.一种用于监控在一个填充有液体的设备(12)内的气体体积的装置，其中，该设备(12)具有一个与至少一个膨胀容器(1a)相连的入流管道(13)，以及所述装置具有至少一个浮游在所述液体中的浮游体(5)，其特征在于，所述浮游的浮游体(5)与一个在所述膨胀容器(1a)内的位置固定的轴(11)相连并且相对于该轴(11)可旋转地被支承。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，一个连接元件(4a)将所述轴(11)与所述与该轴(11)间隔一定距离的浮游体(5)连接起来。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，一个位置固定的力传感器(7)检测在所述连接元件(4a)上的一预定长度(a)处的扭矩。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，在所述力传感器(7)中测量的扭矩超出一个预定的扭矩时，一个处理装置产生一个报警信号。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，多个处于一些确定的高度水平面(9)上的浮游体(5)分别相对于所述相互平行设置的轴(11)相对错开地设置，其中，各浮游体(5)具有不同的尺寸和/或密度。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，一个位置固定的角度测量仪检测在所述连接元件(4a)与所述轴(11)的一水平横轴线之间的角度。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，在所测量的角度超过所述连接元件(4a)的一个预定角度时，一个处理装置产生一个报警信号。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述浮游体(5)具有附加的电容性元件和/或电感性元件和/或光学元件，其中，一个处理装置检测通过这些元件所产生的电磁信号和/或电信号和/或光信号。
9.一种用于监控在一个填充有液体的设备(12)内的气体体积的方法，其中，所述设备(12)具有一个与至少一个膨胀容器(1a)相连的入流管道(13)并且一个浮游在所述液体中的浮游体(5)处于该膨胀容器(1a)内，在该膨胀容器(1a)内所述浮游体(5)与一根位置固定的轴(11)连接并且可旋转地被支承，其中，检测所述浮游体(5)相对于所述轴(11)的旋转运动。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，基于一个相对于所述膨胀容器(1a)的上罩盖(10a)内侧面的最大可检测到的气体体积，确定所述轴(11)在所述膨胀容器(1a)内的一个确定的高度水平面(9)，并借助于一个固定装置将所述轴(11)固定在所确定的高度水平面(9)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于监控在一个填充有液体的设备内的气体体积的装置，其中，所述设备具有一个与至少一个膨胀容器相连的入流管道以及所述装置具有至少一个浮游在所述液体中的浮游体。其中，所述浮游的浮游体与一个固定在所述膨胀容器内的轴相连以及相对于该轴可旋转地被支承。通过测量由所述浮游体产生的扭矩或者相对于水平面的角度可以快速和高精度地检测所述处于液体之上的气体体积。另外，本发明还涉及一种用于借助于一个浮游的浮游体监控一个填充有液体的设备内的气体体积的方法。
文档编号H02H5/04GK1894565SQ200480037143
公开日2007年1月10日 申请日期2004年11月30日 优先权日2003年12月19日
发明者弗里德里克·伯纳, 鲁迪格·库茨纳 申请人:西门子公司