DE102011107006A1

DE102011107006A1 - Thermometer

Info

Publication number: DE102011107006A1
Application number: DE102011107006A
Authority: DE
Inventors: Jalal Chengaou; Kai Hämel; Sebastian Hollunder; Martin Kubiczek
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2011-07-09
Filing date: 2011-07-09
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-07-10
Also published as: BR112013031346A2; CN103649699A; EP2729775A2; KR20140040800A; RU2014104508A; US20190195697A1; WO2013007436A2; WO2013007436A3; DE102011107006B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators. Der erfindungswesentliche Aspekt besteht dabei darin, bei einem Thermometer zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators einen elektrischen Temperaturfühler sowie einen mechanischen Temperaturfühler und ein Heizelement innerhalb eines, aus einem wärmeleitenden Werkstoff gefertigten Koppelstückes anzuordnen und zwischen einer Außenwandung des Kopplungsstückes und einer Innenwandung des Gehäuses eine Isolierhülse aus einem wärmestabilen Werkstoff vorzusehen, wobei das Gehäuse, die Isolierhülse und das Koppelstück einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück, der Isolierhülse und dem rohrförmigen Gehäuse, geschaffen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren, das sich mit der indirekten Messung der Wicklungstemperatur an Leistungstransformatoren beschäftigt, ist aus der DE 89 11 078 U1 bekannt. Bei diesem Verfahren ist in einer Tauchhülse für den Einbau in einen mit Flüssigkeit gefüllten Transformatorenkessel ein hohler Messfühler angeordnet, der von einem Isolierschlauch umgeben ist, der wiederum mit einem elektrischen Heizwiderstand umwickelt wird, der seinerseits von einem weiteren Isolierschlauch umhüllt ist. Mit Hilfe eines Stromwandlers wird ein der Belastung des Transformators proportionaler Strom über den Heizwiderstand geleitet, dessen Größe derart auf den Heizwiderstand und den Wärmedurchgang in Richtung des Messfühlers und Kühlmittels eingestellt ist, dass die von dem Messfühler gemessene Temperatur der jeweiligen mittleren oder maximalen Wicklungstemperatur des Leistungstransformators entspricht.
Der Tauchfühler wird dabei derart in dem Transformatorenkessel eingebaut, dass die Tauchhülse in der Kühlflüssigkeit des Transformators eintaucht. Hierbei hängt die Temperaturdifferenz zwischen Transformatorenwicklung und Kühlflüssigkeit vom jeweiligen Strom in dieser Wicklung ab. Dem Transformator ist daher ein Stromwandler zugeordnet, der den über den Transformator fließenden Strom erfasst. Der Sekundärstrom dieses Stromwandlers ist nunmehr dem über den Transformator fließenden Strom proportional. Der genannte Signalstrom fließt anschließend über einen Heizwiderstand, der dem Temperaturfühler zugeordnet ist und erzeugt dadurch einen der jeweiligen Transformatorenbelastung entsprechenden Anzeigeverlauf gegenüber der tatsächlich gemessenen Öltemperatur. Aufgrund einer vor der Inbetriebnahme vorgenommenen Kalibrierung kann man auf diese indirekte Weise eine Anzeige der mittleren oder maximalen Wicklungstemperatur bei gegebener Strombelastung des Leistungstransformators erhalten, d. h. die Anzeige eines dem beheizten Temperaturfühler nachgeschalteten Anzeigegeräts in ein thermisches Abbild der Vorgänge innerhalb des Leistungstransformators. Die Anzeige kann dann nach einer entsprechenden Verstärkung der Messsignale in einer mehr oder weniger weit entfernten Schaltwarte erfolgen. Es ist alternativ auch möglich, die betreffenden Messwerte in einer Steuer- und Regelanlage elektronisch weiter zu verarbeiten, beispielweise zu optischen und/oder akustischen Warnsignalen.
Dieses Verfahren zur Nachbildung und Anzeige der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators hat sich grundsätzlich in der Praxis bewährt. Hierin werden Thermometer verbaut, die mittelbar über eine von der Füllung des Transformators getrennte Füllung mit der Temperatur der Transformatorfüllung beaufschlagt werden. Die für dieses Verfahren verwendeten Thermometer sind also mit einer Heizung, einem mechanischen und einem elektrischen Fühler ausgestattet. Die Heizung hat einen gewollten thermischen Kontakt zum umgebenden, mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden, Gehäuserohr. Dieser Kontakt wird durch eine polymere Umhüllung sowie einen Luftspalt gebildet. Die Heizung ist in zwei Heizelemente aufgeteilt, deren eines den im inneren angeordneten mechanischen Temperaturfühler umgibt und deren zweites den im inneren angeordneten elektronischen Temperaturfühler umschließt.
Der thermische Kontakt zum umgebenden, mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden, Gehäuserohr ist maßgeblich durch den Luftspalt und dessen Wärmewiderstand bestimmt. Die Luft in diesem Spalt ist jedoch nicht hermetisch eingeschlossen. Der Wärmewiderstand von Luft ist jedoch seinerseits wiederum von deren Dichte und somit direkt vom Druck sowie von der Temperatur abhängig. Daher verändert das in der DE 89 11 078 U1 beschriebene Thermometer seine charakteristischen thermischen Parameter mit Änderung des Luftdrucks oder der Temperatur. Weiterhin nachteilig ist, dass das beschriebene Thermometer den mechanischen und elektrischen Temperaturfühler thermisch voneinander trennt. Abweichungen innerhalb der Toleranzen jedes Teilsystems führen dadurch zu deutlichen Diskrepanzen der beiden Temperaturanzeigewerte. Dieses zu unterbinden kostet einen erheblichen Aufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators, anzugeben, bei dem die Einflüsse der Umgebungstemperatur oder des Luftdrucks auf die ermittelten Temperaturwerte eliminiert sind und dabei gleichzeitig die Abweichungen der Messwerte zwischen elektrischen und mechanischen Temperaturfühler weitestgehend reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Thermometer mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungswesentliche Aspekt besteht dabei darin, bei einem Thermometer zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators einen elektrischen Temperaturfühler sowie einen mechanischen Temperaturfühler und ein Heizelement innerhalb eines, aus einem wärmeleitenden Werkstoff gefertigten Koppelstückes anzuordnen und zwischen einer Außenwandung des Kopplungsstückes und einer Innenwandung des Gehäuses eine Isolierhülse aus einem wärmestabilen Werkstoff vorzusehen, wobei das Gehäuse, die Isolierhülse und das Koppelstück einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück, der Isolierhülse und dem rohrförmigen Gehäuse, erreichbar sind. Indem erfindungsgemäß das Heizelement, der elektrische und der mechanische Temperaturfühler in einem gemeinsamen, gut wärmeleitenden Koppelstück angeordnet werden und der Wärmewiderstand zur umgebenden Flüssigkeit zusätzlich durch einen festen thermischen Isolator gebildet ist, ohne dass sich in den Zwischenräumen innerhalb des erfindungsgemäßen Thermometers Luftpolster bilden können, wird insgesamt ein Thermometeraufbau geschaffen, der in seinem thermischen Ersatzschaltbild deutlich vereinfacht wurde und damit letzten Endes genauere Messwerte liefert.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Figuren noch beispielhaft näher erläutert werden. Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes Thermometer in einer seitlichen Schnittdarstellung und einer Draufsicht
2 ein erfindungsgemäßes Thermometer in einer Draufsicht.
In der 1 ist das erfindungsgemäße Thermometer 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist das Thermometer 1 von einem äußeren, rohrförmig ausgebildeten Gehäuse 2 umschlossen, das ein offenes Ende 3 und ein geschlossenes Ende 4 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein aus einem gut wärmeleitendem Material gefertigtes Koppelstück 5 vorgesehen, das mehrere passgenaue Ausnehmungen, die in 2 gezeigt werden, zur Aufnahme eines Heizelementes 6, eines mechanischen Temperaturfühlers 7 sowie eines mit zwei Fühlerelementen ausgestatteten elektrischen Temperaturfühler 8 aufweist. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 2 und der Außenwandung des Koppelstückes 5 ist eine aus einem wärmestabilen Werkstoff gefertigte Isolierhülse 9 eng einpasst, so dass sich damit letzten Endes kein Luftspalt zwischen dem Gehäuse 2, der Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 bilden kann. Insgesamt betrachtet ergibt sich damit durch das Gehäuse 2, die Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 ein koaxialer Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück 5, der Isolierhülse 9 und dem rohrförmigen Gehäuse 2, geschaffen werden. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Anordnung bereitgestellt, deren Wärmewiderstand innerhalb des Koppelstückes 5 im Vergleich zu dem inneren Wärmewiderstand der Isolierhülse 9 so gering ist, dass von einer isothermen Gesamtanordnung des Thermometers 1 ausgegangen werden kann. Das Koppelstück 5 kann dabei beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein, während die Isolierhülse 9 beispielsweise aus Polyetheretherketon, auch PEEK genannt, hergestellt sein kann. Der Wärmeübergangswiderstand des Koppelstückes 5 zu dem der Isolierhülse 9 und der Wärmeübergangswiderstand der Isolierhülse 9 zu dem des Gehäuses 2 sind durch die geometrischen Abmessungen des koaxial gewählten Aufbaus des Thermometers 1 maßgeblich nicht durch den dazwischen befindlichen Luftspalt bestimmt, da dieser sehr klein, d. h. ≤ 0,1 mm, gehalten wird und damit bei der Betrachtung des thermischen Ersatzschaltbildes vernachlässigbar ist.
Die 2 zeigt in Schnittdarstellung die Draufsicht auf das erfindungsgemäße Thermometer 1. Gut ersichtlich aus dieser Darstellung wird der koaxiale Aufbau des erfindungsgemäßen Thermometers 1, bestehend aus dem äußeren Gehäuse 2, der sich daran anschließenden Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 zur Aufnahme des Heizelements 6, des mechanischen Temperaturfühlers 7 sowie des elektrischen Temperaturfühlers 8. Diese letztgenannten Bauteile 6, 7 und 8 sind in, in dem Koppelstück 5 vorgesehenen, mehreren Ausnehmungen 10, 11 und 12 aufgenommen, insbesondere darin eingeschoben. Das einfache Einschieben des Heizelements 6, des mechanischen Temperaturfühlers 7 sowie des elektrischen Temperaturfühlers 8 in das Koppelstück 5 ermöglicht dabei einen besonders unkomplizierten Austausch dieser Bauteile 6, 7 und 8 bei einem Defekt oder eventuell anstehenden Wartungsarbeiten.
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

DE 8911078 U1 [0002, 0005]

Claims

Thermometer zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators, aufweisend ein rohrförmiges Gehäuse mit einem geschlossenen und einem offenen Ende, wobei innerhalb des rohrförmigen Gehäuses ein elektrischer sowie ein mechanischer Temperaturfühler und ein Heizelement angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (6), der elektrische Temperaturfühler (8) sowie der mechanische Temperaturfühler (7) innerhalb eines, aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff gefertigten, Koppelstückes (5) angeordnet sind, dass zwischen der Außenwandung des Kopplungsstückes (5) und der Innenwandung des Gehäuses (2) eine Isolierhülse (9) aus einem wärmestabilen Werkstoff vorgesehen ist, und dass das Gehäuse (2), die Isolierhülse (9) und das Koppelstück (5) einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück (5), der Isolierhülse (9) und dem rohrförmigen Gehäuse (2), erreichbar sind.
Thermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (5) als einstückiges Formteil ausgebildet ist, das mehrere Ausnehmungen (10, 11 und 12) aufweist, in die der mechanische Temperaturfühler (7) sowie der elektrische Temperaturfühler (8) und das Heizelement (6) ohne Belassung eines Luftspaltes einschiebbar sind.
Thermometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (5) aus einem im Vergleich zu der Isolierhülse (9) um vielfaches besser wärmeleitenden Stoff hergestellt ist.
Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelstück (5) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülse (9) aus Polyetheretherketon gefertigt ist.
Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Wärmewiderstand des Werkstoffes des Koppelstückes (5) im Vergleich zu dem inneren Wärmewiderstand des Werkstoffes der Isolierhülse (9) deutlich geringer ist, derart, dass dadurch eine isotherme Gesamtanordnung des Thermometers 1 geschaffen wird.