DE1144394B

DE1144394B - Temperaturabhaengige UEberwachungs- und Schutzeinrichtung fuer die Wicklung eines elektrischen Geraetes

Info

Publication number: DE1144394B
Application number: DEST17034A
Authority: DE
Inventors: Paul Stagnaro
Original assignee: PAUL STAGNARO
Current assignee: PAUL STAGNARO
Priority date: 1959-04-23
Filing date: 1960-10-21
Publication date: 1963-02-28

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

KL.21d³ 2

INTERNATIONALE KL.

H02j;d

St 17034 Vmb/21d³

ANMBLDKTAG: 21. OKTOBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGXSCHRIFTt 28. FEBRUAR 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturabhängige Überwachungs- und Schutzeinrichtung für die Wicklung eines elektrischen Gerätes mit einer »thermischen Nachbildung« dieser Wicklung, bestehend aus einem mit dieser Wicklung in Reihe geschalteten Leiter, dem ein Thermofühler zugeordnet ist. Einrichtungen dieser Art werden benutzt, um elektrische Geräte, z. B. Transformatoren oder umlaufende Maschinen, in optimaler Weise dadurch auszunutzen, daß diese Geräte bis zu ihrer durch die zulässige Temperatur bestimmten Grenze belastet werden. Die mit thermischer Nachbildung arbeitenden Schutzeinrichtungen haben gegenüber anderen Schutzeinrichtungen, die bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke oder einer bestimmten Leistung abschalten, den Vorzug, daß sie in Abhängigkeit von dem einzigen Parameter (Temperatur des stromdurchflossenen Leiters) arbeiten, der unabhängig von der Umgebungstemperatur zuverlässig angibt, ob eine bestimmte Belastung zulässig ist oder nicht.

Im allgemeinen weisen die bekannten thermischen Nachbildungen von Wicklungen elektrischer Geräte eine Heizwicklung auf, durch die ein Strom fließt, der gleich oder proportional dem Strom ist, der in der zu überwachenden Wicklung fließt. Außerdem ist ein Wärmefühler, ζ. Β. ein Bimetallstreifen, vorgesehen, der von der Heizwicklung beeinflußt wird, wobei diese Einrichtung mit einem wärmeisolierten Gehäuse so untergebracht ist, daß die Erhitzungs- und Abkühlungsbedingungen der zu überwachenden Wicklung möglichst getreu wiedergegeben werden.

Derartige thermische Nachbildungen sind verhältnismäßig kompliziert und kostspielig. Sie geben überdies nur den durchschnittlichen Temperaturzustand eines Gerätes oder einer Teilzone dieses Gerätes an, ohne eine unzulässige Überhitzung an einem bestimmten Punkt der Leitungsführung aufzudecken. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es üblich, mehrere Wärmefühler an all jenen Punkten des Gerätes anzuordnen, wo die höchsten Erhitzungen zu erwarten sind. Hierzu mußte jeder Wärmefühler im Inneren des Gerätes in der Wicklung so angeordnet werden, daß die Isolation nicht in schädlicher Weise beeinträchtigt wurde. Dies hatte zur Folge, daß die Temperaturabweichung, die zwischen den zu überwachenden Wicklungen und den Wärmefühlern vorhanden war, insbesondere bei Hochspannungsgeräten mit starken Isoliermitteldicken beträchtlich und mit der Temperatur veränderlich ist. Es ist dann im allgemeinen nicht möglich, die thermische Schutzeinrichtung bis zu der für den Leiter maximal zulässigen Temperatur auszulegen bzw. einzustellen. Ins-Temperaturabhängige Überwachungsund Schutzeinrichtung für die Wicklung
eines elektrischen Gerätes

Anmelder:
Paul Stagnaro, Nizza (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. A.Wedde, Patentanwalt,
München 27, Schumannstr. 2

Paul Stagnaro, Nizza (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

besondere sind diese Schutzeinrichtungen nicht in der Lage, genügend schnell auf einen plötzlichen Temperaturanstieg anzusprechen, und es konnte daher vorkommen, daß die Trägheit der Auslösung so groß

as wurde, daß vor Abschaltung die Wicklungen bzw. Teile davon beschädigt wurden.

Es ist ferner eine temperaturabhängige Überwachungs- und Schutzeinrichtung für flüssigkeitsgekühlte Transformatoren bekanntgeworden, bei welcher innerhalb des Transformatorkessels mit der zu schützenden Transformatorwicklung ein Leiterabschnitt in Reihe geschaltet ist, der aus einer zylindrischen Hülse besteht, innerhalb welcher ein Thermofühler in wärmeleitfahigem Werkstoff eingebettet liegt. Dieser den Thermofühler umgebende Leiterabschnitt hat eine völlig anders dimensionierte Abstrahlungsfläche als der Leiter der zu schützenden Wicklung. Hieraus folgt, daß die Schutzeinrichtung insbesondere bei extremen Betriebsbedingungen nicht in der Lage ist, verzögerungslos in Abhängigkeit von der tatsächlichen Temperatur der Wicklung zu schalten. Dieser Nachteil wird dadurch noch merklicher, daß der Thermofühler in einer Füllmasse eingebettet ist, so daß es eine gewisse Zeit dauert, bis eine Wärmeübertragung von dem hülsenförmigen Leiterabschnitt nach dem Temperaturfühler stattgefunden hat. Dies ist wiederum insbesondere bei plötzlichen sprunghaften Stromerhöhungen schädlich, da die Gefahr einer nicht rechtzeitigen Abschaltung besteht. Auch die Abkühlungsverhältnisse des Leiters entsprechen offensichtlich nicht den Abkühlungsverhältnissen der den Temperaturfühler umgebenden

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Hülse, was wiederum unerwünschte Abweichungen zu Folge hat.

Ziel der Erfindung ist es, unter Vermeidung der' beschriebenen Nachteile eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die unabhängig von der Größe der Veränderung der Belastung eine Äotte Anspr6ehempfindlichkeit und Wiedergabegenauigkeit hat, eine leichte, auch noch nachträgliche Montage und Auswechslung zuläßt und einen geringen Platzbedarf sowie geringe Kosten erfordert.

Zu diesem Zweck ist eine. temperaturabhängige Überwachungs- und Schutzeinrichtung der eingangs genannten Bauart gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß der elektrische Leiter von gleicher

Der der höchsten Temperaturbeanspruchung unterworfene Punkt der Schutzeinrichtung liegt im wesentlichen in der Mitte, und an dieser Stelle ist der Wärmefühler angeschweißt, der aus einem Thermoelement oder einem thermostatischen Bimetallstreifen bestehen kann und zweckmäßigerweise so eingestellt ist, daß er bei einer vorher bestimmbaren Temperatur anspricht. Außerdem ist vorgesehen, auf dem Leiter des Schutzgerätes mehrere Thermofühler anzubringen, die so eingestellt sind, daß sie bei unterschiedlichen Temperaturen ansprechen.

Der Platzbedarf der erfindungsgemäßen thermischen Nachbildung kann dadurch besonders günstig gehalten werden, daß der wärmeisolierte Leiter in

Ausbildung und gleichem oder ähnlichem Querschnitt 15 Spulenform aufgewickelt ist. Wenn das zu überwie derjenige der zu schützenden Wicklung ist, daß wachende Gerät mehrere Wicklungen und einen NuIldieser elektrische Leiter in einer bestimmten Länge leiter aufweist, können zweckmäßigerweise die Leiter in an sich bekannter Weise zur Nachbildung der der thermischen Nachbildung an den Nullpunkt an-Erwärmungs- und Abkjüuungsbedingungen der zu geschaltet werden. Da dann die Spannung an den schützenden Wicklung von einer wärmeisolierenden 20 Punkten aller thermischen Nachbildungen, an denen Umhüllung umgeben ist, daß diese Umhüllung auch der Thermofühler angeschweißt ist, gleich ist, können außerhalb des Gehäuses des zu schützenden elek- die für die einzelnen Phasen vorgesehenen Schutztrischen Gerätes angeordnet ist und daß wenigstens einrichtungen parallel geschaltet werden und auf ein ein Thermofühler unmittelbar ohne Isolierung an einziges Relais arbeiten, das eine Abschaltung beeinen Punkt der wärmeisolierten Lage des Leiters an- 25 wirkt. Bei Geräten, bei denen keine Punkte gleichen geschweißt ist. Potentials mehrerer Phasen vorhanden sind, wird

Es ist zwar bereits bekannt, einen Thermofühler jeder Phase eine Schutzeinrichtung und ein Auslösemit dem Leiter direkt zu verbinden; hierbei sitzt der relais zugeordnet, wodurch eine Vorkehrung getrof-Thermofühler in Gestalt einer wärmeleitfähigen Säule fen wird, durch jeden Wärmefühler eine für jede unmittelbar an der zu überwachenden Wicklung, 30 Phase getrennte Relaisspule zu steuern, wobei ein Schmelzelement vorgesehen ist, welches Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er-

nach erfolgtem Abschmelzen über einen Relaiskreis geben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines eine Stromunterbrechung bewirkt. Bei dieser bekann- in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausfühten Anordnung handelt es sich jedoch nicht um eine rungsbeispiels an Hand eines Dreiphasen-Transforthermische Nachbildung, und die Wärmeschutzvor- 35 mators.

richtung ist von einer völlig anderen Gattung.

Die Erfindung steht auch nicht in einem der vorgenannten Merkmale, sondern liegt in deren Kombination, durch welche der erstrebte Zweck erreicht wird.

Die Länge, in welcher der elektrische Leiter der Schutzvorrichtung von der wärmeisolierenden Umhüllung umgeben ist, hängt von den Erwärmungsund Abkühlungsbedingungen der zu schützenden

Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltbild des Transformators und der Schutzstromkreise dieses Transformators;

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit einer praktischen Ausführangsform eines thermischen Bildes nach der Erfindung.

In Fig. 1 sind im Innern eines gestrichelt dargestellten Rahmens T drei im Stern geschaltete Sekundärwicklungen e_v e₂ und e₃ eines Dreiphasen-

Wicklung ab. Diese Bedingungen sind empirisch oder 45 Transformators dargestellt, dessen Phasen mit 1, 2 rechnerisch leicht zu ermitteln und bedürfen keiner und 3 und dessen Nulleiter mit η bezeichnet ist. näheren Erläuterung im Rahmen vorliegender Er- Thermische Nachbildungen I₁, I₂ und I₃ gemäß findung, der Erfindung sind in Reihe zwischen die Klem-Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird es men b_v b₂ und b_s einer jeden Wicklung e_v e₂ und e_a möglich, sämtliche Parameter zu berücksichtigen, die 50 und den Nulleiter η geschaltet. Die Ausgangsklemdie Temperatur der Leiterwicklung an ihrer thermisch men S₁, S₂ und S₃ der Wärmefühler einer jeden Nachungünstigsten SteEe bestimmen. Es wird nämlich bildung sind gemeinsam über ein Relais R an eine durch die erfindungsgemäße thermische Nachbildung der Phasen des Transformators angeschlossen. Dieses möglich, in der außerhalb des elektrischen Gerätes Relais R steuert, wie durch die strichpunktierte Linie anzuordnenden Schutzeinrichtung die folgenden Para- 55 schematisch dargestellt ist, einen Niederspannungsmeter identisch anzuordnen bzw. exakt reproduzier- trennschalter D, der den Transformator schützt.

bar nachzubilden:

Querschnittsfläche des Leiters, Querschnittsform des Leiters, Länge des wärmeisolierten Leiters, Stärke des Wärmeisolationsmaterials, Art des Wärmeisolationsmaterials,

Art der Umhüllung oder der Abschirmungen, Form der Umhüllung oder der Abschirmungen,

In Fig. 2 ist eine praktische Ausführungsform der thermischen Nachbildungen I₁, I₂ und I₃ dargestellt.

Ein Leiter 10 gleicher Art und gleichen Querschnitte wie die Wicklungen e_v e₂ und e₃ ist aufgewickelt, um den Platzbedarf der thermischen Nachbildung um ein Parallelepiped 11 zu verringern, das aus isolierenden, aufeinanderliegenden Platten gebil

det wird, die ein Gehäuse um einen Wärmefühler 12 Innerer Oberflächenzustand der Umhüllung oder 65 bilden. Dieser Wärmefühler 12 ist direkt am mittleren

der Abschirmungen, Teil des Leiters angebracht, wodurch ein sofortiges

Äußerer Obetflächenzustand der Umhüllung Ansprechen und eine hohe Wiedergabetreue der Re-

qder der Abschirmungen. _; aktionen der thermischen Nachbildung erreicht wer-

den. Dadurch wird es auch möglich, den Massedraht 13 des Wärmefühlers durch den. Leiter 10 selbst zu ersetzen. Die Gesamtheit ist in einem Gehäuse 14 parallelepipedischer Form untergebracht, das beispielsweise aus verzinktem Eisenblech hergestellt wird, das ausgeschnitten, gebogen und geschweißt und mit Glaswolle oder beliebigem anderem Wärmeisolationsmaterial 15 gefüllt wird.

Eine der Flächen des Gehäuses 14 bildet einen Deckel, auf dem drei Anschlußklemmen 16, 17 und 18 montiert sind. Die Klemmen 16 und 18 sind an den Enden des Leiters 10 angebracht und werden bei der Verwendung der thermischen Nachbildung mit den Klemmen b_v b₂ und b₃ oder dem Nulleiter« verbunden (s. Fig. 1). Die Klemme 17 entspricht den Klemmen S₁, s₂ oder S₃ in Fig. 1.

Obwohl vorstehend ein besonderes Ausführungsund Verwendungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ist klar, daß es möglich ist, den Bau einer thermischen Nachbildung nach der Erfindung in vielfächer Art und Weise durchzuführen, und daß die elektrischen Stromkreise, in denen diese Nachbildungen eingebaut werden, selbstverständlich je nach der Art des elektrischen Gerätes verschieden sind, das geschützt werden soll, und nach der Arbeitsweise dieses Gerätes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Temperaturabhängige Uberwachungs- und Schutzeinrichtung für die Wicklung eines elektrischen Gerätes mit einer thermischen Nachbildung dieser Wicklung, bestehend aus einem mit dieser Wicklung in Reihe geschalteten Leiter, dem ein Thermofühler zugeordnet ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß der elektrische Leiter (10) von gleicher Ausbildung und gleichem oder ähnlichem Querschnitt wie derjenige der zu schützenden Wicklung ist, daß dieser elektrische Leiter (10) in einer bestimmten Länge in an sich bekannter Weise zur Nachbildung der Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen der zu schützenden Wicklung von einer wärmeisolierenden Umhüllung (15) umgeben ist, daß diese Umhüllung (15) außerhalb des Gehäuses des zu schützenden elektrischen Gerätes (T) angeordnet ist und daß wenigstens ein Thermofühler (12) unmittelbar ohne Isolierung an einen Punkt der wärmeisolierten Länge des Leiters (10) angeschweißt ist.

2. Temperaturabhängige Uberwachungs- und Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Thermofühler an dem Leiter (10) angeschweißt sind, die bei unterschiedlichen Temperaturen ansprechen.

3. Temperaturabhängige Uberwachungs- und Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (10) in Spulenform um ein Parallelepiped (11) aufgewickelt ist.

4. Temperaturabhängige Uberwachungs- und Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelepiped (11) aus isolierenden, aufeinanderliegenden Platten besteht, die ein Gehäuse für den Thermofühler bilden.

5. Temperaturabhängige Uberwachungs- und Schutzeinrichtung für elektrische Geräte mit mehreren Wicklungen und gemeinsamem Nulleiter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ausgangsklemme sämtlicher mit den zu schützenden Wicklungen in Reihe liegender Leiter (10) unmittelbar an den Nullpunkt angeschaltet ist und daß die Abgangsklemmen (s_v s₂, S₃) sämtlicher Thermofühler elektrisch miteinander und mit einem Pol eines Auslöserelais verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1040 678,
583.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen