DE102024116005A1

DE102024116005A1 - Lichtbogenerkennungssystem und Transformator mit Lichtbogenerkennungssystem

Info

Publication number: DE102024116005A1
Application number: DE102024116005.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: CTR Manufacturing Industries Private Limite In
Priority date: 2024-06-07
Filing date: 2024-06-07
Publication date: 2025-12-11
Also published as: WO2025252970A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenerkennungssystem, insbesondere zur Verwendung als Lichtbogenerkennungssystem in einem Transformator mit einem Lichtwellenleiter umfassend einen Kern und mindestens bereichsweise eine den Kern umschließende Ummantelung mit einem geringeren Brechungsindex als der Kern und mindestens bereichsweise ein Lichtabschirmungselement, zum Aufnehmen von elektromagnetischer Strahlung und zum Weiterleiten zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung an einen Lichtdetektor, der an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, der Lichtwellenleiter in mindestens einem Abschnitt ohne Lichtabschirmungselement ausgebildet ist und dort mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei der Lichtwellenleiter in dem oder den ersten Teilbereiche/n den Kern und die Ummantelung aufweist und in dem oder den zweiten Teilbereiche/n nur den Kern aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen Transformator mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse mit einem dielektrischen Fluid, insbesondere einem Öl, gefüllt ist, und mindestens einem Lichtbogenerkennungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtbogenerkennungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 und einen Transformator mit einem Lichtbogenerkennungssystem.
Transformatoren, Gleichrichtertransformatoren, Phasenschieber und Drosselspulen umfassen einen Tank, in dem sich eine oder mehrere Spulen befinden, die zum Teil über ihr Magnetfeld miteinander gekoppelt sind. Im Falle eines Gleichrichtertransformators sind zudem Halbleiterelemente enthalten. Diese werden über dielektrische Kühlmittel, wie beispielsweise dielektrische Öle, gekühlt. Während ihrer Lebensdauer von bis zu 50 Jahren kann die durchgesetzte Leistung zusammen mit Umwelteinflüssen, wie z. B. extremen Witterungsbedingungen, Verschleiß an der Isolierung der Transformatorwicklungen verursachen. Dieser Verschleiß kann zu Kurzschlüssen führen, welche zu Lichtbögen führen. Diese Lichtbögen können zu einem Temperaturanstieg und einer Gasentwicklung begleitet von einem Druckanstieg im Inneren des Transformatorgehäuses führen. Der Druck kann sich dabei so weit aufbauen, dass das Gehäuse reißt und die darin enthaltenen Kühlmittel und Gase bei Kontakt mit Luft zu einem Feuer oder gar einer Explosion führen.
Um den Transformator und seine Umgebung vor Schäden zu bewahren, wurden daher verschiedene Sicherheitssysteme für Transformatoren entwickelt. Elektrische Schutzsysteme, zum Beispiel ein Relais mit Differenzstrommessung, schalten den Transformator beim Auftreten von Anomalien ab. Bei Transformatoren mit einer Kühlung mit Flüssigkeiten werden weiter Buchholz-Relais eingesetzt, um den Füllstand des Kühlmittels und den Innendruck des Transformators gleichzeitig zu überwachen. Im Schadensfall kann die Flüssigkeit durch Öffnen eines Ventils abgelassen werden, wodurch sich der Überdruck abbaut. Zusätzlich kann ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff, in den Tank eingeleitet werden. Wichtig ist dabei, dass die Anomalie schnell erkannt wird.
Weiter bekannt sind Transformatorschutzeinrichtungen, die den Einsatz eines Lichtwellenleiters dessen äußere Kunststoffhülle (oder „jacket“ im englischen Sprachgebrauch) entfernt wurde, vorgeschlagen. Eine solche Transformatorschutzeinrichtung ist in der die WO02/21657 beschrieben.
Ausgehend hiervon stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Sensitivität einer solchen Lösung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lichtbogenerkennungssystem ist insbesondere zur Verwendung als Lichtbogenerkennungssystem in einem Transformator vorgesehen. Es umfasst einen Lichtwellenleiter umfassend einen Kern und mindestens bereichsweise eine den Kern umschließende Ummantelung mit einem geringeren Brechungsindex als der Kern und mindestens bereichsweise ein Lichtabschirmungselement, wobei der Lichtwellenleiter zum Aufnehmen von elektromagnetischer Strahlung und zum Weiterleiten zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung an einen Lichtdetektor, der an einem Ende des Lichtwellenleiters angeordnet ist, ausgebildet ist. Dieses Lichtbogenerkennungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter in mindestens einem Abschnitt ohne Lichtabschirmungselement ausgebildet ist und dort mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei der Lichtwellenleiter in dem ersten oder den ersten Teilbereiche/n den Kern und die Ummantelung aufweist und in dem oder den zweiten Teilbereiche/n nur den Kern aufweist.
Unter Lichtabschirmungselement versteht man jegliche Vorrichtung, die verhindert, dass Licht in den Lichtwellenleiter eindringen kann, dies ist insbesondere dann wichtig, wenn ein Teil des Lichtwellenleiters sich außerhalb eines Transformators befindet.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz zweier verschiedener Teilbereiche einmal mit und einmal ohne die Ummantelung, die Sensitivität des Erkennungssystems im Vergleich zu Lichtwellenleitern ohne diese beiden Teilbereiche erhöht werden kann. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass die Chance, dass eintretendes Licht durch Totalreflexion bis zum Lichtdetektor gelangt, verbessert wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Lichtbogenerkennungssystem mit mehreren ersten Teilbereichen und zweiten Teilbereichen ausgebildet sein, wobei die ersten Teilbereiche und zweiten Teilbereiche abwechselnd angeordnet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten Teilbereiche und zweiten Teilbereiche periodisch abwechselnd zueinander angeordnet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten Teilbereiche und zweiten Teilbereiche eine Ausdehnung in Längsrichtung des Lichtwellenleiters von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen, wobei insbesondere die Ausdehnung der ersten Teilbereiche und der zweiten Teilbereiche in Längsrichtung gleich groß ist. Hierdurch lässt sich der Einsatz des Lichtwellenleiters noch weiter verbessern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine Abschnitt mindestens 0,5 Meter lang sein. Damit können große Bereiche eines Transformators überwacht werden, insbesondere wenn auch laterale Abschnitt frei vom Lichtabschirmungselement ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lichtwellenleiter an einem zweiten Ende, das gegenüber dem Ende an dem der Lichtdetektor angeordnet ist, liegt, eine Linse, insbesondere eine Halbkugellinse aufweisen. Hierdurch kann mehr Licht in den Lichtwellenleiter eintreten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lichtwellenleiter mindestens eine Verzweigung mit mehreren Armen aufweisen. Hierdurch wird es ermöglicht auch an schwierig zugängliche Bereiche in einem Transformator zu gelangen, ohne dass dabei der Lichtwellenleiter übermäßig stark gebogen werden muss, um aus diesem Bereich zurückzukehren. Durch die Verzweigung kann auch eine große Volumenabdeckung zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung erreicht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine Lichtwellenleiter einen zweiten Abschnitt aufweisen in dem der Lichtwellenleiter durchgehend bis zum Lichtdetektor hin das Lichtabschirmungselement aufweist, um den zweiten Abschnitt gegen elektromagnetische Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, abzuschirmen. Der Lichtwellenleiter wird so vor dem Eindringen von äußerer elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise dem Sonnenlicht, geschützt, sobald der zweite Abschnitt des Lichtwellenleiters außerhalb eines Transformators angeordnet ist. Die Detektion ist somit auf die sicherheitsrelevanten Lichtbögen innerhalb des Gehäuses des Transformators beschränkt.
Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Abschnitt des mindestens einen Lichtwellenleiters mindestens 0,5 Meter, bevorzugt mindestens 5 Meter, lang sein. Selbst Längen von über 50 Meter sind möglich. Der Lichtdetektor kann aufgrund der Länge des zweiten Abschnitts des Lichtübertragungsmittels so positioniert werden, dass er leicht zugänglich ist, ohne dass die Funktionsweise eingeschränkt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Lichtbogenerkennungssystems kann der Lichtdetektor einer der folgenden sein: lichtempfindliche Sensoren auf Halbleiterbasis, insbesondere eine Photodiode, eine Avalanche-Photodiode, ein Phototransistor, ein Photowiderstand, ein CCD-Sensor, ein APS-CMOS Sensor, ein pyroelektrischer Sensor oder ein lichtempfindlicher Sensor auf Vakuum-Röhrenbasis insbesondere ein Photomultiplier oder eine Photokathode.
Da der Detektor außerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet werden kann, können solche Detektoren bzw. Sensoren eingesetzt werden, die bei normalen Umgebungstemperaturen und Drücken verwendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Lichtwellenleiter flexibel bzw. biegsam ausgebildet sein. Dabei kann bevorzugt der Biegeradius mindestens zehnmal größer sein als der Faserdurchmesser, unter mechanischer Spannung mindestens fünfzehnmal. Bei Faserdurchmessern von 1 mm sollte der Biegeradius damit mindestens 15mm betragen. Somit lässt sich der Lichtwellenleiter um Bauteile innerhalb des Gehäuses eines Transformators herum verlegen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Transformator gemäß Anspruch 8 gelöst.
Der erfindungsgemäße Transformator umfasst ein Gehäuse, wobei das Gehäuse mit einem dielektrischen Fluid, insbesondere einem Öl, gefüllt ist, und mindestens ein Lichtbogenerkennungssystem, insbesondere wie oben beschrieben. Dank dem Lichtbogenerkennungssystems können in einem Transformator schon frühzeitig Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden. In der Variante, in der das oben beschriebene Lichtbogenerkennungssystem zum Einsatz kommt, kann insbesondere die Sensitivität der Lichtdetektion erhöht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Innenseite des Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig poliert sein und/oder eine lichtreflektierende Beschichtung, insbesondere eine weiße Farbschicht, aufweisen. Hierdurch kann auch an der Innenseite reflektiertes Licht eines Lichtbogens in den Lichtwellenleiter gelangen und somit die Sensitivität der Bogenerkennung erhöhen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Brechungsindex des dielektrischen Fluids niedriger als der Brechungsindex des Kerns und/oder der Ummantelung sein. Somit wird eine Totalreflexion zumindest von Teilen des einfallenden Lichts ermöglicht, so dass letztendlich der Lichtdetektor einen Lichtbogen detektieren kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lichtdetektor außerhalb des Gehäuses angeordnet sein und der Lichtwellenleiter zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sein und kann zumindest ein Teil des Lichtwellenleiters innerhalb des Transformators so ausgebildet sein, dass der Lichtwellenleiter elektromagnetische Strahlung empfängt, die innerhalb des Gehäuses auftritt. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Lichterkennung und die Sicherheit des Transformators erhöht werden. Wenn ein solches Lichtbogenerkennungssystem in einen Transformator eingebaut wird, kann der Lichtwellenleiter die elektromagnetische Strahlung empfangen, wenn ein Lichtbogen im Transformator auftritt. Gleichzeitig kann der Lichtdetektor außerhalb des Tanks angeordnet werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Lichterkennung und die Sicherheit des Transformators erhöht werden.
Wenn der mindestens eine Lichtwellenleiter selbst die elektromagnetische Strahlung empfängt, die von einem zwischen den Wicklungen eines Transformators auftretenden Lichtbogen emittiert wird, und sie an den Lichtdetektor weiterleitet, kann die Position des Lichtdetektors beliebig gewählt werden. Dadurch wird die Positionierung des Lichtdetektors unabhängig von der Position der Wicklungen. So kann man eine Position außerhalb des Transformators wählen. Durch den Einsatz des Detektors in einem weniger rauen Umfeld verringert sich der Verschleiß und gleichzeitig wird der Detektor selbst leicht zugänglich. Der Einsatz des oder der Lichtwellenleiter/s ermöglicht es weiterhin, die Vorrichtung an die verschiedenen Transformatorgrößen anzupassen. Hierzu ist es ausreichend, eine geeignete Länge auszuwählen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lichtwellenleiter an mindestens einem, insbesondere mehreren Stellen innerhalb des Gehäuses befestigt sein, wobei der Lichtwellenleiter dort eine weitere Hülle, insbesondere eine für elektromagnetische Strahlung undurchlässige Hülle, aufweist. Damit wir die Positionierung der Lichtwellenleiter im Gehäuse gesichert und das Erkennungssystem über einen langen Zeitraum zuverlässig Lichtbögen erfassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Lichtwellenleiter so befestigt sein, dass ein oder mehrere der ersten Teilbereiche und/oder der zweiten Teilbereiche einem stromführenden Bauteil oder mehreren stromführenden Bauteilen im Gehäuse lediglich durch ein dielektrisches Kühlfluid getrennt, gegenüberliegen. Somit kann der Lichtwellenleiter das Licht eines Lichtbogens direkt „sehen“ und ist nicht auf Reflektionen an anderen Bauteilen angewiesen, um den Lichtbogen erkennen zu können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Transformators kann der mindestens eine Lichtwellenleiter mit Hilfe einer abgedichteten Durchführung durch das Gehäuse des Transformators geführt werden. Durch die Verwendung einer abgedichteten Durchführung wird die normale Funktionsweise des Transformators bei verbesserter Sicherheitsüberwachung nicht eingeschränkt. Zudem ermöglicht die abgedichtete Durchführung auch die Möglichkeit, verschiedene Lichtwellenleiter an der Durchführung koaxial miteinander zu verbinden. So wird ein Lichtwellenleiter, der frei von einem Lichtabschirmungselement ist, im Transformator eingesetzt und ein zweiter Lichtwellenleiter mit Lichtabschirmungselement auf der Außenseite verwendet.
Somit erhöht die Montage des Lichtbogenerkennungssystems mit einer abgedichteten Durchführung nicht nur die Sicherheit des Transformators, sondern erleichtert auch das Nachrüsten des Lichtbogenerkennungssystems bei bereits ausgelieferten Transformatoren, die entsprechende Anschlüsse, beispielsweise Blindflansche, umfassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Transformator mit mehreren Lichtwellenleitern, die unabhängig voneinander, insbesondere abgedichtet, durch das Gehäuse des Transformators geführt sind ausgebildet sein, wobei diese mit einem, insbesondere nur einem, Lichtdetektor verbunden sein können. Somit lassen sich auch große Volumen wirksam überwachen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann mindestens ein Lichtwellenleiter innerhalb einer oder mehrerer Wicklungen angeordnet sein und/oder zusammen mit einer oder mehreren Wicklungen gewickelt sein, insbesondere so, dass die ersten Teilbereiche und die zweiten Teilbereiche zumindest teilweise innerhalb der Wicklungen angeordnet sind.
Durch die Nähe des Lichtübertragungsmittels zu den stromführenden Wicklungen des Transformators können auch Lichtbögen mit geringer Intensität, insbesondere unter 1 Candela, detektiert werden. Auch Lichtbögen, die nicht die gesamte Isolierstrecke überwinden, sogenannte Teilentladungen können detektiert werden. Somit kann entsprechend frühzeitig reagiert werden. Dies führt zu einer erhöhten Systemsicherheit.
Da Lichtwellenleiter typischerweise nicht elektrisch leitend sind, können Sie im Transformator auch direkt an stromführenden Teilen verlegt werden, auch wenn diese eine hohe Spannung aufweisen. Ein flexibler Lichtwellenleiter kann um die Wicklungen gelegt werden und einfach an die verschiedenen Baugrößen und Varianten der Transformatoren angepasst werden und ermöglicht ein besonders für die Nachrüstung vorteilhaftes Verlegen des Lichtwellenleiters. Somit ist es auch möglich, kleine Lichtbögen zu detektieren und die Sicherheit des Systems weiter zu erhöhen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Transformator eine Steuereinheit umfassen, die so ausgebildet ist, dass sie den Transformator abschaltet und/oder einen Ausgleichsbehälter isoliert und/oder ein Ablassventil am Transformatorgehäuse öffnet und/oder das Einleiten eines inerten Gases, insbesondere Stickstoff, über ein Einlassventil initiiert, wenn der Lichtdetektor elektromagnetische Strahlung über den mindestens einen Lichtwellenleiter erfasst. Insbesondere trennt die Steuereinheit den Transformator von der Stromversorgung, wenn die Signale des Lichtdetektors einen entsprechenden Grenzwert bzgl. Dauer, und/oder Intensität und/oder Wellenspektrum überschreiten.
Das frühzeitige Trennen des Transformators von der Stromversorgung verhindert weiteren Energieeintrag in den Transformator. Durch das Öffnen des Ventils kann Überdruck abgebaut werden. Das Einleiten eines inerten Gases reduziert das Risiko, dass es zu einem Feuer kommt. Die Sicherheit des Transformators kann durch dieses Lichterkennungssystem erhöht werden und die auf den beschriebenen Schadensfall folgenden Wartungsarbeiten sind vergleichsweise gering.
Die Erfindung betrifft auch eine Energieübertragungsvorrichtung, insbesondere ein Gleichrichtertransformator oder ein Phasenschieber oder eine Drosselspule mit einem Lichtbogenerkennungssystem, nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Die Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen weiter im Detail beschrieben. Hierbei können einzelne Merkmale der jeweiligen Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert werden, um neue erfindungsgemäße Ausgestaltungen zu erzielen.

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Transformator mit einem Lichtbogenerkennungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt schematisch einen Transformator mit einem Lichtbogenerkennungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3 zeigt ein Lichtbogenerkennungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt einen Transformator 1 mit einem Gehäuse 3, das mit einem Deckel 5 verschlossen werden kann. Schematisch im Inneren des Gehäuses 3 dargestellt sind eine Hochspannungswicklung 7 und eine Niederspannungswicklung 9, die um einen gemeinsamen Eisenkern 11 gewickelt sind. Je nach Transformator können auch mehrere Hoch- und Niederspannungswicklungen vorhanden sein. Die Hochspannungswicklung 7 steht über Hochspannungsverbindungsleitungen 13 mit externen ersten isolierten Kontakten 15a und 15b in Verbindung. Die Niederspannungswicklung 9 steht entsprechend über Niederspannungsverbindungsleitungen 17 mit den externen zweiten isolierten Kontakten 19a und 19b in Verbindung. An diesen sind die externe Hochspannungsleitung 21 und die externe Niederspannungsleitung 23 angeschlossen.
Gemäß einer Variante der Erfindung, sind das Gehäuse 3 und der Deckel 5 auf ihrer Innenseite teilweise und/oder vollständig poliert und/oder mit einer lichtreflektierenden Beschichtung 6, beispielsweise einer weißen Farbschicht, ausgebildet.
Die Hoch- und Niederspannungswicklungen 7, 9 werden über ein in den Tank 3 gefülltes Kühlmittel 25 gekühlt. Hierbei kommt üblicherweise ein dielektrisches Fluide, wie beispielsweise ein Öl, zum Einsatz. Dieses kann entflammbar sein.
Schematisch dargestellt werden auch bekannte Schutzvorrichtungen für den Transformator 1, wie beispielsweise ein Feuermelder 27, ein Buchholzrelais 29, das zwischen den Tank 3 und einem Ausgleichsbehälter 30 angeordnet ist, ein Ablassventil 31 für Kühlmittel 25, ein Einlassventil 33 für das Einblasen eines inerten Gases, beispielsweise Stickstoff, ein Relais mit Differentialstrommessung 35, ein erster Schutzschalter 37 auf der Hoch- und ein zweiter Schutzschalter 39 auf der Niederspannungsseite. Diese Vorrichtungen sind mit einer Steuereinheit 41 verbunden.
Der Transformator 1 kann auch mit weiteren Schutzvorrichtungen, wie beispielsweise einer Berstscheibe, ausgestattet sein. Eine solche Berstscheibe bricht ab einem vorbestimmten Druck, so dass Kühlmittel 25 zum Druckabbau abfließen kann, bevor des Gehäuse 3 aufplatzt. Der Transformator 1 kann auch mit weniger Schutzvorrichtungen ausgestattet sein.
Die Steuereinheit 41 ist so ausgebildet, dass beim Vorliegen vorbestimmter Parameter, wie beispielsweise ein Anschlagen des Buchholzrelais 29 und/oder ein ungewöhnlicher Spannungswert am Relais 35, Sicherheitsmaßnahmen wie Abschalten und/oder Ablassen von Kühlmittel 25 und/oder Einblasen von einem inerten Gas, wie Stickstoff, eingeleitet werden.
Erfindungsgemäß umfasst der Transformator weiter ein Lichtbogenerkennungssystem 43. Das Lichtbogenerkennungssystem 43 umfasst einen Lichtwellenleiter 45 und einen Lichtdetektor 47, der mit einem ersten Ende 45a des Lichtwellenleiters 45 verbunden ist. Das Lichtbogenerkennungssystem 43 kann am Gehäuse 3 des Transformators 1 angeordnet werden. Dabei kann der Lichtdetektor 47 außerhalb des Transformators 1 angeordnet und der Lichtwellenleiter 45 innerhalb desselben. Das Lichtbogenerkennungssystem 43 beziehungsweise der Lichtdetektor ist ebenfalls mit der Steuereinheit 41 verbunden.
Gemäß einer Variante könnte mehr als ein Lichtbogenerkennungssystem 43 oder mehrere Lichtwellenleiter 45, die mit einem gemeinsamen Lichtdetektor 47 verbunden sind, vorgesehen sein.
Dabei ist der Lichtwellenleiter 45 so ausgebildet, dass er zumindest teilweise, bevorzugt über die ganze Länge, Licht von außen aufnehmen kann und nicht nur an seinem zweiten Ende 45b. Somit kann ein größerer Bereich im Inneren des Transformators 1 überwacht werden.
1 zeigt schematisch den vergrößerten Querschnitt 45c des Lichtwellenleiters 45, hier am Beispiel eines typischen Glasfaserkabels. Der Lichtwellenleiter umfasst einen Kern 81 aus Glas oder Kunststoff und ist von einer den Kern 81 umschließenden Ummantelung 83 umgeben. Diese hat einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern 81. Um die Ummantelung 83 wiederum ist ein Lichtabschirmungselement 85 in der Form eines weiteren Mantels umgeben. Dazwischen können weitere Schichten, wie beispielsweise eine Lackschicht, angeordnet sein. Der Brechungsindex des dielektrischen Kühlmittels kann je nach Kühlmittel niedriger oder größer als der Brechungsindex der Ummantelung 83 sein. Wichtig ist jedoch, dass der Brechungsindex der Ummantelung 83 niedriger als der Brechungsindex des Kerns 81 ist.
In einem solchen Lichtwellenleiter 45 wird bei der Verwendung in der Kommunikationstechnik Licht, das am zweiten Ende 45b des Kerns 81 eingekoppelt wird, durch den Lichtwellenleiter geführt. Am anderen Ende 45a des Kerns 81 kann das Licht dann wieder ausgekoppelt werden und durch den Lichtdetektor 47 erfasst und analysiert werden.
Licht, das in den Kern 81 eingekoppelt wird, wird entsprechend der Brechungsgesetze ab dem Grenzwinkel am Übergang zur Ummantelung 83 total reflektiert. Bei Winkeln kleiner dem Grenzwert, werden die Lichtstrahlen in der Ummantelung 83 und dem Lichtabschirmungselement 85 absorbiert. Um den Einfallswinkel für Licht, das am Ende 45b des Lichtwellenleiters 45 eintritt, zu vergrößern kann gemäß einer Variante am Ende 45b eine Linse 87, hier insbesondere eine Halbkugellinse, angeordnet sein.
Erfindungsgemäß hat der Lichtwellenleiter 45 einen Abschnitt 46 mit ersten Teilbereichen 46a und zweiten Teilbereichen 46b. Der Abschnitt 46 liegt hier der Niederspannungswicklung 9 direkt gegenüber. Der Lichtwellenleiter kann aber auch weitere solche Abschnitte aufweisen, die beispielsweise der Hochspannungswicklung 7 oder anderen stromführenden Bauteilen gegenüberliegen.
In den ersten Teilbereichen 46a hat der Lichtwellenleiter 45 kein Lichtabschirmungselement 85, sondern weist nur noch den Kern 81 und die Ummantelung 83 auf. In den zweiten Teilbereichen 46b hat der Lichtwellenleiter nur noch den Kern 81.
Gemäß der in 1 dargestellten Variante, können die ersten Teilbereiche 46a und zweiten Teilbereiche 46b abwechselnd, insbesondere periodisch abwechselnd zueinander, angeordnet sein. In diesem Zusammenhang bedeutet periodisch abwechselnd zueinander, dass die Ausdehnung I1 der ersten Teilbereiche 46a im Abschnitt 46 alle gleich lang ausgebildet sind und die Ausdehnung I2 der zweiten Teilbereich 46b ebenfalls. Gemäß einer weiteren Variante können I1 und I2 gleich lang sein. Gemäß einer weiteren Variante können zwischen den ersten und zweiten Teilbereichen 45a und 45b dritte Teilbereiche angeordnet sein in denen der Lichtwellenleiter 45 noch das Lichtabschirmungselement 85 aufweist.
Gemäß einer Variante können die ersten Teilbereiche 46a und zweiten Teilbereiche 46b eine Ausdehnung I1bzw. I2 in Längsrichtung des Lichtwellenleiters 45 von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen.
Da im Abschnitt 46 kein Lichtabschirmungselement mehr am Lichtwellenleiter 45 vorhanden ist, kann dort Licht entlang der Längenausdehnung des Lichtwellenleiters 46 in den Lichtwellenleiter 46 eintreten. Da das dielektrische Kühlmittel einen Brechungsindex haben kann, der geringer als der Kern 81 ist, kann zumindest ein Teil des in den Lichtwellenleiter eingefallenen Lichts durch Totalreflexion im Lichtwellenleiter 46 verbleiben und den Lichtdetektor 47 erreichen. Selbst im umgekehrten Fall, kann durch Teilreflexion Licht bis zum Detektor gelangen.
Da es sich bei den Signalen nicht um die Übermittlung von Informationsströmen handelt, ist es auch unerheblich, ob das auftretende Licht ganz oder nur teilweise in den Lichtwellenleiter 45 eingespeist werden kann. Entscheidend ist, dass mindestens ein Teil des Lichts im Glasfaserkabel weitergeleitet wird, so dass es am Ende auf den Lichtdetektor 47 treffen kann. Zum Erfassen eines Lichtbogens kann es insbesondere schon ausreichend sein, wenn weniger als 1% des Lichts in die Faser gelangt und dort verbleibt.
Beim Lichtdetektor 47 kann es sich um einen halbleiterbasierten Lichtdetektor handeln, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, eine Photodiode, eine Avalanche-Photodiode, einen Phototransistor, einen Photowiderstand; eine APS-CMOS Kamera, einen pyroelektrischen Sensor oder einen lichtempfindlichen Sensor auf Vakuum-Röhrenbasis, beispielsweise einen Photomultiplier oder eine Photokathode.
Um die Position des Lichtwellenleiters 45 im Gehäuse 3 zu sichern, kann der Lichtwellenleiter mit mindestens einem Befestigungsmittel, hier zwei Befestigungsmitteln 89a und 89b innerhalb des Gehäuses 3 befestigt werden. Bei den Befestigungsmitteln 89a, 89b kann es sich um Klemmen oder Schrauben oder Flansche handeln.
Hier wird der Lichtwellenleiter 45 direkt am Eisenkern 11 befestigt. Im Bereich der Befestigung weist der Lichtwellenleiter 45 bevorzugt eine weitere Hülle 91, insbesondere eine für elektromagnetische Strahlung undurchlässige Hülle, auf. Im Bereich des Befestigungsmittels 89a ist dies beispielsweise das Lichtabschirmungselement 85.
Das Lichtbogenerkennungssystem 43 im Transformator 1 funktioniert erfindungsgemäß wie folgt.
Tritt ein Lichtbogen zwischen der Hochspannungswicklung 7 und der Niederspannungswicklung 9 oder an einer anderen Stelle auf, so kann der Lichtwellenleiter 45 die vom Lichtbogen ausgehende elektromagnetische Strahlung aufnehmen. Zumindest ein Teil der Strahlung läuft daraufhin durch den Lichtwellenleiter 45 bis zum Lichtdetektor 47 und kann dort erfasst werden.
Das entsprechende Signal wird daraufhin vom Lichtdetektor 47 zur Steuereinheit 41 weitergeleitet. Beim Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts bzgl. Intensität und/oder Dauer und/oder Wellenspektrum der detektierten Strahlung wird diese eine oder mehrere der oben beschriebenen Sicherungsmaßnahmen einleiten.
Da der Lichtdetektor 47 erfindungsgemäß außerhalb des Gehäuses 3 angebracht ist, ist er geschützt vor der Wärme und dem elektrischen Feld im Inneren des Transformators 1. So werden gleichzeitig die Zugänglichkeit, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Lichtdetektors 47 erhöht und damit die Sicherheit des Transformators 1 verbessert.
Es hat sich ferner gezeigt, dass durch die abwechselnde Anordnung von Bereichen mit und ohne Ummantelung 83 sich die Sensitivität der Erfassungsvorrichtung im Vergleich zu Lichtleitern vollständig ohne Ummantelung 83 oder vollständig mit Ummantelung 83 verbessert.
Gemäß einer Variante sind die ersten Bereiche 46a dort angeordnet wo der Lichtwellenleiter 45 eine größere Krümmung aufweisen muss, während die zweiten Bereiche 46b dort angeordnet sind in denen der Lichtwellenleiter 45 geradlinig ausgebildet ist.
2 zeigt einen Transformator 51 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Merkmale mit Bezugszeichen, die schon im Zusammenhang mit dem Transformator 1 der ersten Ausbildungsform benutzt wurden, werden nicht erneut beschrieben. Es wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das verwendete Lichtbogenerkennungssystem 53 vom Lichtbogenerkennungssystem 43 dadurch, dass der Lichtdetektor 47 nicht am Gehäuse 3 angeordnet ist, sondern von diesem gelöst weiter entfernt, beispielsweise in der Nähe der Steuereinheit 41 oder in der Steuereinheit 41 angeordnet ist.
Das dargestellte Lichtbogenerkennungssystem 53 in der zweiten Ausführungsform umfasst einen Lichtwellenleiter 55, der sich in einen ersten Abschnitt 55a innerhalb des Gehäuses 3 und einen zweiten Abschnitt 55b außerhalb des Gehäuses 3 gliedern lässt.
Der erste Abschnitt 55a des Lichtwellenleiters 55 im zweiten Ausführungsbeispiel umfasst weiter zwei Arme 57a und 57b. Arm 57a ist in die Niederspannungswicklung 9 eingebracht bzw. eingewickelt. Im Bereich der Wicklung 9 befinden sich die abwechselnd angeordneten ersten und zweiten Teilbereiche 46a und 46b, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Teilbereichen 46a hat der Lichtwellenleiter den Kern 81 und die Ummantelung 83, während in den zweiten Teilbereichen nur noch der Kern 81 vorhanden ist.
Der zweie Arm 57b erstreckt sich bis zur Hochspannungswicklung 7 und kann wie Arm 57a gemäß einer Variante auch in die Wicklung eingebracht werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verzweigt sich Arm 57b nochmals in einen dritten Arm 57c und einen vierten Arm 57d.
Der dritte Arm 57c teilt sich am Ende nochmals in drei weitere Arme 57e, 57f und 57g auf. Am jeweiligen Ende ist eine Linse 87 angeordnet. Die Arme 57e, 57f und 57g sind ohne Lichtabschirmungselement 85 ausgebildet und haben erste und zweite Teilbereiche 46a und 46b gemäß der ersten Ausführungsform.
Der vierte Arm 57d weist bis zu seinem Ende das Lichtabschirmungselement 85 auf. Alternativ könnte auch hier ein Abschnitt mit ersten und zweiten Teilbereichen gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet sein. Am Ende des vierten Arms 57d befindet sich eine Linse 87.
Da die Drähte der Wicklungen 7 und 9 stromführend sind, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass in diesem Bereich ein Lichtbogen innerhalb des Transformators 1 auftritt. Durch die räumliche Nähe des Lichtübertragungsmittels 55 zu den Wicklungen 7 und 9 können auch Lichtbögen mit sehr geringer Intensität, insbesondere unter 1 Candela, erfasst werden. Auch Lichtbögen, die nicht die gesamte Isolierstrecke überwinden, sogenannte Teilentladungen, können detektiert werden. So kann ein etwaiger Verschleiß der Leitungsisolierung frühzeitig erkannt werden, wodurch die Sicherheit des Gesamtsystems erhöht wird.
Gemäß weiterer Varianten kann der Lichtwellenleiter 55 noch weitere Arme aufweisen, die in andere Bereiche des Gehäuses 3 führen. Dank der Verwendung mehrerer Arme reicht es aus, einen Detektor 47 zu verwenden. Gleichzeitig wird es ermöglicht das ganze Volumen des Transformators zu überwachen. Dank der Verzweigungen kann auch in Bereiche vorgedrungen werden, die man beim Verlegen eines einzigen Lichtwellenleiters aufgrund des durch die Materialeigenschaften des Lichtwellenleiters vorgegebenen minimalen Biegeradius nicht erreichen könnte. Dank der Abzweigungen kann man in Transformatoren mit vielen Wicklungen den Lichtwellenleiter beispielsweise jeweils geradlinig zwischen zwei Wicklungen verlegen. Bei einem einzigen Lichtwellenleiter müsste der Lichtwellenleiter jeweils gebogen werden um zum nächsten Wicklungspaar gelangen zu können. Hierfür ist nicht immer Platz vorhanden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel tritt der Lichtwellenleiter 55 über eine abgedichtete Durchführung 59 vom Inneren des Gehäuses 3 nach außen hindurch und endet am Lichtdetektor 47. Der Lichtdetektor 47 ist hier über ein Kabel 63 mit der Steuereinheit 41 verbunden.
Beim Lichtwellenleiter 55 kann es sich, wie in der ersten Ausführungsform mit ersten und zweiten Teilbereichen 46a und 46b handeln. Insbesondere, wie auch im ersten Ausführungsbeispiel, kann der Lichtwellenleiter 55 ein flexibler Lichtwellenleiter sein, der dem Innenraum des Transformators 1 somit angepasst werden kann.
Damit wird besonders das Nachrüsten an Transformatoren 1 mit verschiedenen Größen und Formen erleichtert. Außerdem kann erneut die Sicherheit des Gesamtsystems erhöht werden, da eine nahezu beliebige Verlegung des Lichtwellenleiters eine Optimierung der Lichtbogendetektion ermöglicht, indem der Lichtwellenleiter in die Nähe der gefährdeten Bereiche gelegt wird.
Insbesondere kommen dabei Lichtwellenleiter mit einer Mindestlänge von 0,5 Metern des ersten Abschnitts des Lichtübertragungsmittels 55a zum Einsatz.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Lichtwellenleiter 55 bereichsweise so ausgebildet, dass Licht über einen Großteil seiner Länge auch lateral und nicht nur am Ende in den Lichtwellenleiter 55 eindringen kann. Wie erwähnt können aber auch ein oder mehrere Abschnitte, insbesondere weiter entfernt von den Bereichen, in denen Lichtbögen erwartet werden, innerhalb des Gehäuses 3 mit dem lichtundurchlässigen Lichtabschirmungselement 85 bedeckt sein.
Der Lichtwellenleiter 11 ist außerhalb mit einem lichtundurchlässigen Lichtabschirmungselement 85, insbesondere einer lichtundurchlässigen Beschichtung, versehen. Das lichtundurchlässige Lichtabschirmungselement 85 verhindert dabei das Eintreten von externen Lichtstrahlen aus der Umgebung, beispielsweise von Sonnenlicht, in der Lichtwellenleiter 55. Damit ist sichergestellt, dass der Lichtdetektor 47 keine falschen Signale erhält, womit ein unnötiges Abschalten des Systems verhindert wird.
Gemäß einer Variante können innerhalb und außerhalb des Gehäuses 3 zwei verschiedene Lichtwellenleiter verwendet werden, die dann an der Durchführung 59 koaxial miteinander verbunden werden.
Die abgedichtete Durchführung 59 erhöht die Kompatibilität des Lichtbogenerkennungssystems mit verschiedenen Transformatormodellen, was sich insbesondere positiv auf die Eignung zum Nachrüsten auswirkt. Außerdem kann durch das Abdichten die Systemsicherheit erhöht werden.
Da das in den Lichtwellenleiter aufgenommene Licht diesen nicht mehr verlässt, und die Absorptionsrate gering, insbesondere geringer als 20% pro Kilometer, ist, kann der zweite Abschnitt des Lichtwellenleiter 55b relativ lang ausgebildet sein, beispielsweise selbst über 50 Meter. Somit kann der Standort des Lichtdetektors 47 beliebig weit vom Transformator 1 gewählt werden, insbesondere innerhalb der Steuereinheit 41. Der Lichtdetektor ist damit leicht zugänglich und geschützt angeordnet.
Um die Überwachung des Innenraums weiter zu verbessern kann zusätzlich noch ein weiterer oder mehrere weitere Lichtwellenleiter 65 bereitgestellt werden. Der zweite Lichtwellenleiter 65 ist über eine zweite abgedichtete Durchführung 67 am ersten Ende 65a mit dem gleichen Lichtdetektor 47 verbunden, könnte aber auch einen eigenen Lichtdetektor aufweisen. Am zweiten Ende 65b ist eine Linse 87 angeordnet. Im Bereich vor der Linse 87 wurde die Ummantelung 83 und das Lichtabschirmungselement 85 entfernt, so dass der Kern 81 frei im dielektrischen Fluid liegt.
3 zeigt ein Lichtbogenerkennungssystem 71 gemäß einer dritten Ausführungsform getrennt vom Transformator. Ein solches Lichtbogenerkennungssystem 71 kann als Nachrüstset verwendet werden, um die erfindungsgemäße Sicherungsfunktionalität auch nachträglich in einen Transformator einzubauen, beispielsweise an einem Blindflansch im Gehäuse.
Merkmale mit Bezugszeichen, die schon im Zusammenhang mit dem Transformator 1 oder 51 der ersten oder zweiten Ausbildungsform benutzt wurden, werden nicht erneut beschrieben. Es wird auf die Beschreibung der 1 bzw. 2 verwiesen.
Das Lichtbogenerkennungssystem 71 gemäß der dritten Ausführungsform greift teilweise das Lichtbogenerkennungssystems der zweiten Ausführungsform auf. So umfasst der Lichtwellenleiter 75 zwei Abschnitte 75a und 75b sowie zwei Arme 77a und 77b. Gemäß einer Variante kann das Lichtbogenerkennungssystem 43 der ersten Ausführungsform verwendet werden oder weitere Varianten mit mehreren Armen, wie in der 2 gezeigt.
Das Lichtbogenerkennungssystem 71 umfasst einen Lichtwellenleiter 75, einen Lichtdetektor 47 und eine dichte Durchführung 59. Die Durchführung 59 ermöglicht das Abdichten gegenüber einem Gehäuse mittels geeigneter Dichtungen, wie beispielsweise O-Ringen an der Flanschfläche. Der Lichtwellenleiter 75 kann durch die Durchführung 59 hindurch angeordnet sein, oder aber zwei Lichtwellenleiter werden an der Durchführung 59 koaxial miteinander verbunden.
Der Lichtwellenleiter 75 kann in einen ersten Abschnitt 75a und einen zweiten Abschnitt 75b gegliedert werden kann.
Der Lichtwellenleiter 75 ist im ersten Abschnitt 75a zur Durchführung 59 hin mit dem Lichtabschirmelement 85 bedeckt. Daran anschließend verzweigt sich der Lichtwellenleiter 75 im ersten Abschnitt 75a in die zwei Arme 77a und 77b.
Am ersten Arm 77a wird im Endbereich 79a das Lichtabschirmelement 85 und die Ummantelung 83 entfernt, so dass der Kern 81 freiliegt. Am Ende kann eine Linse 87 angeordnet sein.
Am zweiten Arm 77b wird im Endbereich 79b das Lichtabschirmelement 85 entfernt und am Ende kann eine Linse 87 angeordnet sein. Erfindungsgemäß hat der Arm77b daher am Endbereich 79b einen Abschnitt 46 mit ersten Teilbereichen 46a und zweiten Teilbereichen 46b. In den ersten Teilbereichen 46a weist der Lichtwellenleiter 75 nur noch den Kern 81 und die Ummantelung 83 auf. In den zweiten Teilbereichen 46b hat der Lichtwellenleiter 77 nur noch den Kern 81.
Gemäß der in 3 dargestellten Variante, können die ersten Teilbereiche 46a und zweiten Teilbereiche 46b abwechselnd, insbesondere periodisch abwechselnd zueinander, angeordnet sein, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß einer weiteren Variante können I1und I2 gleich lang sein. Gemäß einer weiteren Variante können zwischen den ersten und zweiten Teilbereichen 45a und 45b dritte Teilbereiche angeordnet sein in denen der Lichtwellenleiter 45 noch das Lichtabschirmungselement 85 aufweist.
Gemäß einer Variante können die ersten Teilbereiche 46a und zweiten Teilbereiche 46b eine Ausdehnung I1bzw. I2 in Längsrichtung des Lichtwellenleiters 45 von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen.
Der Lichtwellenleiter 75 im zweiten Abschnitt 75b zwischen Durchführung 59 und dem Lichtdetektor 47 ist vollständig vom Lichtabschirmelement 85 bedeckt, um einen Lichteintritt, z.B. Sonnenlicht, zu verhindern.
Der Lichtdetektor 47 kann über einen Anschluss 73 mit einer externen Steuereinheit, wie der Einheit 41 in der 1 oder der 2, verbunden werden.
Mit dem Lichtbogenerkennungssystem 71 kann man somit existierende Transformatoren nachrüsten. Dazu wird der Lichtwellenleiter im ersten Bereich 75a durch eine Öffnung am Transformatorgehäuse eingeführt. Danach wird die Durchführung dichtend am Flansch des Transformators befestigt und der Lichtdetektor 47 an der Steuereinheit angeschlossen. Gleichzeitig verlegt man die Arme 77a, 77b innerhalb des Detektorgehäuses und bringt sie in die Nähe der kritischen Bereiche des Transformators.
Dank der Erfindung ist es möglich, die Vorteile der Lichtdetektion zu nutzen, um Probleme im Transformator schnell zu erkennen und Gegenmaßnahmen einleiten zu können, während es gleichzeitig möglich ist, die empfindlichen Detektoren außerhalb des Transformators anzuordnen und somit vor den harten Bedingungen im Transformator zu schützen. Hierzu verwendet man erfindungsgemäß einen Lichtwellenleiter, der das Licht von Lichtbögen aufnimmt und an den Detektor weiterleitet. Dank der Ausgestaltung mit ersten und zweiten Teilbereichen wird die Sensitivität erhöht.
Die Erfindung wurde anhand eines Transformators erläutert, ist aber genauso für andere Energieübertragungsvorrichtungen einsetzbar, beispielsweise in einem Gleichrichtertransformator oder einem Phasenschieber oder einer Drosselspule.
Bezugszeichen:

1: Transformator
3: Gehäuse (des Transformators)
5: Gehäusedeckel
6: lichtreflektierenden Beschichtung/Farbschicht
7: Hochspannungswicklung
9: Niederspannungswicklung
11: Eisenkern
13: Hochspannungsverbindungsleitungen
15a, 15b: erste isolierte Kontakte
17: Niederspannungsverbindungsleitungen
19a, 19b: zweite isolierte Kontakte
21: Hochspannungsleitung
23: Niederspannungsleitung
25: Kühlmittel
27: Feuermelder
29: Buchholzrelais
30: Ausgleichsbehälter
31: Ablassventil
33: Einlassventil
35: Relais
37: Schutzschalter
39: Schutzschalter
41: Steuereinheit
43: Lichtbogenerkennungssystem
45: Lichtwellenleiter
45a: erstes Ende des Lichtwellenleiters
45b: zweites Ende des Lichtwellenleiters
46: Abschnitt
46a: erster Teilbereich
46b: zweiter Teilbereich
47: Lichtdetektor
51: Transformator
53: Lichtbogenerkennungssystem
55: Lichtwellenleiter
55a: erster Abschnitt des Lichtwellenleiters
55b: zweiter Abschnitt des Lichtwellenleiters
57a: erster Arm des Lichtwellenleiters
57b: zweiter Arm des Lichtwellenleiters
57c: dritter Arm des Lichtwellenleiters
57d: vierter Arm des Lichtwellenleiters
57e: fünfter Arm des Lichtwellenleiters
57f: sechster Arm des Lichtwellenleiters
57g: siebter Arm des Lichtwellenleiters
59: Durchführung
63: Kabel
65: weiterer Lichtwellenleiter
67: zweite Durchführung
71: Lichtbogenerkennungssystem
73: Anschluss
75: Lichtwellenleiter
75a: erster Abschnitt des Lichtwellenleiters
75b: zweiter Abschnitt des Lichtwellenleiters
77a: erster Arm des Lichtwellenleiters
77b: zweiter Arm des Lichtwellenleiters
79a: Endbereich
79b: Endbereich
81: Kern
83: Ummantelung
85: Lichtabschirmungselement
87: Linse
89a, 89b: Befestigungsmittel
91: Hülle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 02/21657 [0004]

Claims

Lichtbogenerkennungssystem, insbesondere zur Verwendung als Lichtbogenerkennungssystem in einem Transformator (1), mit einem Lichtwellenleiter (45) umfassend einen Kern (81) und mindestens bereichsweise eine den Kern (81) umschließende Ummantelung (83) mit einem geringeren Brechungsindex als der Kern (81) und mindestens bereichsweise ein Lichtabschirmungselement (85), zum Aufnehmen von elektromagnetischer Strahlung und zum Weiterleiten zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung an einen Lichtdetektor (47), der an einem Ende (45a) des Lichtwellenleiters (45) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, der Lichtwellenleiter (45) in mindestens einem Abschnitt (46) ohne Lichtabschirmungselement (85) ausgebildet ist und dort mindestens einen ersten Teilbereich (46a) und mindestens einen zweiten Teilbereich (46b) aufweist, wobei der Lichtwellenleiter (45) in dem oder den ersten Teilbereiche/n (46a) den Kern (81) und die Ummantelung (83) aufweist und in dem oder den zweiten Teilbereiche/n (46b) nur den Kern (81) aufweist.
Lichtbogenerkennungssystem nach Anspruch 1, mit mehreren ersten Teilbereichen (46a) und zweiten Teilbereichen (46b), wobei die ersten Teilbereiche (46a) und zweiten Teilbereiche (46b) abwechselnd angeordnet sind.
Lichtbogenerkennungssystem nach Anspruch 2, wobei die ersten Teilbereiche (46a) und zweiten Teilbereiche (46b) periodisch abwechselnd zueinander angeordnet sind.
Lichtbogenerkennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Teilbereiche (46a) und zweiten Teilbereiche (46b) eine Ausdehnung in Längsrichtung des Lichtwellenleiters (45) von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen, wobei insbesondere die Ausdehnung der ersten Teilbereiche (46a) und der zweiten Teilbereiche (46b) in Längsrichtung gleich groß ist.
Lichtbogenerkennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Lichtwellenleiter (45) an einem zweiten Ende (45b), das dem Ende (45a) an dem der Lichtdetektor (47) angeordnet ist, gegenüberliegt, eine Linse (87), insbesondere eine Halbkugellinse aufweist.
Lichtbogenerkennungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtwellenleiter mindestens eine Verzweigung mit mehreren Armen (57a, 57b) aufweist.
Lichtbogenerkennungssystem (43) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtwellenleiter (55) einen zweiten Abschnitt (55b) aufweist in dem der Lichtwellenleiter (55) durchgehend bis zum Lichtdetektor (47) hin das Lichtabschirmungselement (85) aufweist um den zweiten Abschnitt (55b) gegen elektromagnetische Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, abzuschirmen.
Transformator (1) mit einem Gehäuse (3), wobei das Gehäuse (3) mit einem dielektrischen Fluid, insbesondere einem Öl, gefüllt ist, und mindestens einem Lichtbogenerkennungssystem (43), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Transformator nach Anspruch 8, wobei die Innenseite des Gehäuses (3) zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig poliert ist und/oder eine lichtreflektierende Beschichtung (6), insbesondere eine weiße Farbschicht, aufweist.
Transformator nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Brechungsindex des dielektrischen Fluids niedriger als der Brechungsindex des Kerns (81) und/oder der Ummantelung (83) ist.
Transformator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Lichtdetektor (47) außerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist und der Lichtwellenleiter (45, 55) zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet ist und zumindest ein Teil des Lichtwellenleiters (45, 55) innerhalb des Transformators (1) so ausgebildet ist, dass der Lichtwellenleiter (45) elektromagnetische Strahlung empfängt, die innerhalb des Gehäuses (3) auftritt.
Transformator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Lichtwellenleiter (45) an mindestens einem, insbesondere mehreren Stellen innerhalb des Gehäuses (3) befestigt ist, wobei der Lichtwellenleiter dort eine weitere Hülle, insbesondere eine für elektromagnetische Strahlung undurchlässige Hülle, aufweist.
Transformator nach Anspruch 12, wobei der Lichtwellenleiter so befestigt ist, dass ein oder mehrere der ersten Teilbereiche (46a) und/oder der zweiten Teilbereiche (46b) einem stromführenden Bauteil oder mehreren stromführenden Bauteilen im Gehäuse lediglich durch ein dielektrisches Kühlfluid getrennt, gegenüberliegen.
Transformator (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit mehreren Lichtwellenleitern, die unabhängig voneinander, insbesondere abgedichtet, durch das Gehäuse (3) des Transformators (1) geführt sind und mit einem, insbesondere nur einem, Lichtdetektor (47) verbunden sind.
Transformator (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtwellenleiter (55) innerhalb einer oder mehrerer Wicklungen angeordnet ist und/oder zusammen mit einer oder mehreren Wicklungen (7, 9) gewickelt ist, insbesondere so, dass die ersten Teilbereiche (46a) und die zweiten Teilbereiche (46b) zumindest teilweise innerhalb der Wicklungen (7, 9) angeordnet sind.
Transformator (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, umfassend eine Steuereinheit (41), die so ausgebildet ist, dass sie den Transformator abschaltet und/oder einen Ausgleichsbehälter (30) isoliert und/oder ein Ablassventil (31) am Transformatorgehäuse (3) öffnet und/oder das Einleiten eines inerten Gases, insbesondere Stickstoff, über ein Einlassventil (33) initiiert, wenn der Lichtdetektor (47) elektromagnetische Strahlung über den mindestens einen Lichtwellenleiter (45, 55) erfasst.