CH618510A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE Temperaturmesseinrichtung für einen Transformator oder eine Drosselspule für die unter Spannung stehenden Teile und für die an diese Teile angrenzenden Teile oder Flüssigkeiten, mit einer, mit dem hinsichtlich seiner Temperatur zu 5 überwachenden Teil oder Flüssigkeit in gutem thermischem Kontakt stehenden, ölgefüllten Kammer als Wärmefühler, von der mindestens eine als Steigrohr ausgebildete Leitung durch den Deckel des Transformator- oder Drosselkessels führt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Leitung minde- io stens eine weitere, an ihrem kammerseitigen Ende unmittelbar vor der Kammer abgeschlossene, mit Öl gefüllte Leitung parallel geführt ist und dass das aus dem Transformator- oder Drosselkessel mittels dieser beiden Leitungen herausgeführte Öl das Dielektrikum zweier Kondensatoren bildet, deren mit 15 den Pegelschwankungen des Dielektrikums veränderliche Kapazitäten miteinander vergleichbar und zur Temperaturerfassung auswertbar sind.

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Die Erfindung betrifft eine Temperaturmesseinrichtung für einen Transformator oder eine Drosselspule, für die unter Spannung stehenden Teile und für die an diese Teile angrenzenden Teile oder Flüssigkeiten, mit einer, mit dem hinsieht- 25 lieh seiner Temperatur zu überwachenden Teil oder Flüssigkeit in gutem thermischem Kontakt stehenden, ölgefüllten Kammer als Wärmefühler, von der mindestens eine als Steigrohr ausgebildete Leitung durch den Deckel des Transformator- oder Drosselkessels führt. so

Ein besonderes Anliegen des Baues und des Betriebes von Transformatoren ist die Beherrschung der für die Lebensdauer des Öles und der festen Isolation massgebenden Erwärmungsprobleme, wobei es besonders auch darauf ankommt, die durch sogenannte Wärmenester, in der Fachsprache hot- 35 spots genannt, thermisch besonders gefährdeten Teile einer Wicklung hinsichtlich ihrer Temperatur überwachen zu können. Die Hauptschwierigkeit einer solchen Temperaturüberwachung liegt darin, dass es sich um die thermische Überwachung von auf hoher Spannung liegenden Wicklungsteilen 40 handelt, für die also übliche, mit einem Widerstandselement als Sensor arbeitende Temperaturfühler nicht angewendet werden können.

Bisher wurden die nachstehend geschilderten Wege vorgeschlagen, von denen der eine auch in der Patentliteratur 45 seinen Niederschlag gefunden hat (AT-PS 256 505, DE-PS 1270 835, CH-PS 452 691 und eine Reihe weiterer korrespondierender Patente). Er sieht als Messfühler flache Kammern aus Isolierstoff vor, die in die Kühlkanäle der Wicklung mit gutem Wärmekontakt zur Isolierung der zu über- 50 wachenden Wicklungsteile eingesetzt werden, die mit dem Öl des Kühlkanales kommunizieren und über einen biegsamen Isolierschlauch mit einer ausserhalb des Bereiches der Hochspannung liegenden Kammer verbunden sind, die ein Thermoelement enthält. 55

Über eine Pumpe wird in bestimmten Zeitintervallen das Öl aus der genannten Kammer abgesaugt, und zwar so rasch, dass es praktisch ohne Abkühlung zu dem Thermoelement gelangt und somit die Temperatur des Öles in der Kammer gemessen werden kann. Ein anderer Vorschlag geht dahin, 60 die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz eines mit dem zu überwachenden Wicklungsteil in gutem thermischem Kontakt stehenden Quarzkristalles zur Steuerung eines RC-Oszillators auszunützen, dessen Ausgang verstärkt einen Energiewandler speist, welcher Ultraschällsignale abstrahlt, die g5 von einem an der Transformatorkesselwand vorgeschlagenen Empfänger aufgenommen und in eine Temperaturanzeige umgeformt werden.

Nach einem dritten Vorschlag wird ein Thermistor als Temperaturfühler vorgesehen, der den Ausgang eines ihm zugeordneten Oszillators steuert. Dieser Oszillator moduliert seinerseits wieder die Frequenz eines weiteren, von einem Quarzkristall gesteuerten Oszillator, dessen Ausgang über eine Antenne abgestrahlt wird. Eine ander Kesselwand montierte Empfangsantenne ist mit einem Frequenzstromumformer verbunden, dessen Ausgang ein Temperaturanzeigegerät speist (Electrical Review, 7. Juni 1974, Seite 647—650).

Schliesslich sei zum Stand der Technik auch noch die unmittelbare Messung der höchsten Öltemperatur mit Hilfe eines am oberen Ende einer Transformatorwicklung vorgesehenen Teflonschlauches erwähnt. Dieser Teflonschlauch ist an einem Ende abgeschlossen und mündet am anderen Ende in einen dünneren, durch den Transformatorkessel geführten Teflonschlauch. Der gesamte Teflonschlauch ist mit einem bestimmten Ölvolumen gefüllt, welches zufolge seiner Lage im obersten Teil des Transformatorkessels die Temperaturschwankungen des heissesten Transformatoröles mitmacht. Die daraus resultierenden Pegelschwankungen in dem durch den Transformatorkessel geführten Teil des Teflonschlauches oder die daraus resultierenden Druckschwankungen am Ende des genannten Schlauches dienen als Indikator für die Temperatur des Öles im obersten Teil des Transformatorkessels und ermöglichen Rückschlüsse auf die thermische Belastung des Transformators (siehe CIGRE International Conference on Large High Tension Electric Systems, 1972 Session, 28. August—6. September, Paper 12-02 «Hot spot and top-oil temperatures. Proposai for modified heat spécification for oil immersed power transformers»).

Eine Temperaturmesseinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS Nr. 526 732 bekannt. Diese Temperaturmesseinrichtung kann bei der heute angewandten Technologie jedoch nicht mehr verwendet werden. Dies vor allem deshalb nicht, da die für dieses Messverfahren benötigte Öl-menge sehr gross ist, wodurch auch die Abmessungen des Ölbehälters entsprechend gross sein müssen. Ein grosser Ölbehälter ist aber in den heute üblichen Spaltbreiten zwischen den Spulen nicht mehr einbaubar. Dass eine relativ grosse Öl-menge bei dieser Messmethode Verwendung findet, geht daraus hervor, dass die im Ölbehälter befindliche Ölmenge weit grösser sein muss, als die im Steigrohr befindliche, da ansonsten der durch die im Steigrohr erfolgte Ölausdehnung sich in das Messergebnis einschleichende Fehler nicht mehr vertretbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dem Umstand der kleinen Spaltbreiten Rechnung zu tragen und trotzdem eine zuverlässige Messmethode zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser Leitung mindestens eine weitere, an ihrem kammerseitigen Ende unmittelbar vor der Kammer abgeschlossene, mit Öl gefüllte Leitung parallel geführt ist und dass das aus dem Transformator- oder Drosselkessel mittels dieser beiden Leitungen herausgeführte Öl das Dielektrikum zweier Kondensatoren bildet, deren mit den Pegelschwankungen des Dielektrikums veränderliche Kapazitäten miteinander vergleichbar und zur Temperaturerfassung auswertbar sind.

Mit der erfindungsgemässen Temperaturmesseinrichtung ist es möglich, dass die Bemessung der ölmenge im Ölbehälter nicht von der in den Rohren befindlichen Ölmenge abhängig ist, da die Ölausdehnung im Rohr keinen Einfluss auf das endgültige Messergebnis ausübt.

Durch die Führung eines zweiten mit Öl gefüllten und am unteren Ende verschlossenen Rohres parallel zu jenem, an welchem der Ölbehälter angeschlossen ist, wird die Ölausdehnung im Steigrohr des ersten Rohres durch das zweite erfasst. Das Öl in den beiden Rohren bildet ausserhalb des Transfer-

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mators das Dielektrikum für zwei Kondensatoren. Durch die Ölausdehnung ändert sich auch das Volumen des Dielektrikums. Dies hat eine Änderung der Kapazität der beiden Kondensatoren zur Folge. Da die Kapazität des einen Kondensators der Ölausdehnung im Steigrohr und die Kapazität des 5 zweiten Kondensators der Summe der Ölausdehnung im Steigrohr und im Ölbehälter an der Messstelle proportional ist, entspricht die Differenz der beiden Kapazitätswerte genau der Ölausdehnung im Ölbehälter an der Messstelle.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass io durch die kleine Bauweise des Ölbehälters das Temperaturbild nicht gestört und der Wicklungsfüllfaktor nicht verändert wird.

An Hand der beiliegenden Zeichnung wird die erfindungs-gemässe Temperaturmesseinrichtung näher erläutert. 15

In dieser Zeichnung ist mit 1 ganz schematisch die Transformatorwicklung, im allgemeinen eine mit radialen und axialen Kühlspalten versehene Scheibenspulwicklung angedeutet und mit 2 ein in an sich bekannter Weise kammerartig ausgebildeter Wärmefühler, der in einem thermisch be- 2o sonders gefährdeten Wicklungsteil ähnlich einem Distanzstück in einem radialen oder axialen Kühlkanal mit gutem Wärmekontakt zur Wicklungsisolation angeordnet ist.

Diese Kammer ist (zum Unterschied zur gemäss AT-PS 256 505 vorgesehenen Kammer) gegen das sie umgebende 25 Transformatoröl abgeschlossen, doch führt von ihr eine Schlauchleitung 3a durch den Transformatordeckel in einen zwischen zwei Kondensatorbelägen liegenden, vorzugsweise zylindrischen Raum 6'. Parallel zur Schlauchleitung 3a verläuft eine Schlauchleitung 3b mit gleichem Querschnitt, die 3Q aber am kammerseitigen Ende geschlossen ist. Auch sie mündet, den Transformatorkessel durchsetzend, in einen zwischen zwei Kondensatorbelägen liegenden, vorzugsweise zylindrischen Raum 6". Beide Schlauchleitungen sind ölgefüllt, wobei der Ölabstand bis in die genannten Zylinderräume der beiden Kondensatoren reicht. Somit bildet das öl der Schlauchleitungen das Dielektrikum für diese beiden Kondensatoren, ein Dielektrikum mit einem mit der hot-spot-Temperatur und zum Teil auch mit der Durchschnittstemperatur des Transformatoröles schwankenden Pegelstand.

Die Wirkungsweise der Einrichtung zur hot-spot-Tempe-raturüberwachung ist wie folgt: Das in der Kammer 2 eingeschlossene Öl wird praktisch die Temperatur des benachbarten Wicklungskupfers annehmen. Das Öl in den beiden Schlauchleitungen nimmt die Temperatur des sie umgebenden Transformatoröles an. Hatten also im kalten Zustand des Transformators die Zylinderräume der beiden Kondensatoren gleiche Pegelstände, so weichen letztere im Betrieb voneinander ab, da das Kammeröl höhere Temperaturen annimmt und sich dementsprechend stärker ausdehnt, als die Ölsäulen in den beiden, der durchschnittlichen Öltemperatur ausgesetzten Schlauchleitungen 3a und 3b. Die schwankenden Pegelstände des Dielektrikums in den beiden Kondensatoren bedeuten natürlich auch schwankende Kapazitätswerte der Kondensatoren, die in einer für den Fachmann naheliegenden Weise etwa in einer Brückenschaltung miteinander verglichen werden können und deren Differenz ein Mass für den Unterschied zwischen hot-spot-Temperatur und durchschnittlicher Transformatoröltemperatur darstellt und solchermassen zur Anzeige der hot-spot-Temperatur und/oder zu einem eine gefährliche Übererwärmung anzeigenden Signal verwendet werden kann. Die Ölausdehnung in der Schlauchleitung 3b entspricht also der Ölausdehnung in der Schlauchleitung 3a, wodurch bei Abzug der Ölausdehnung der Schlauchleitung 3b bzw. der entsprechenden Kapazität von der Summe der ölausdehnung der Schlauchleitung 3a und dem Wärmefühler 2 bzw. der zugehörigen Kapazität, die Ölausdehnung des Wärmefühlers 2 bzw. die entsprechende Kapazität ermittelt wird.

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1 Blatt Zeichnungen