DE1167435B - Leckueberwachung fuer elektrische Maschinen mit kombinierter Fluessigkeits- und Gaskuehlung - Google Patents

Description

• Lecküberwachung für elektrische Maschinen mit kombinierter Flüssigkeits- und Gaskühlung Es ist bekannt, bei elektrischen Maschinen mit direkter Leiterkühlung durch Wasser, welches durch die hohlen Leiterstäbe oder Teilleiter der letzteren geführt wird, innerhalb der Hohlräume des Maschinengehäuses das im übrigen zur Kühlung des Läufers und gegebenenfalls Ständereisenpaketes dienende Gas unter einem höheren Druck zu halten, als in den von Wasser oder einem anderen flüssigen Kühlmittel durchströmten Kühlkanälen vorhanden ist. Im Falle etwaiger Undichtigkeiten in den Wicklungskühlkanälen ergibt sich bei einer derartigen Anordnung, daß ein Ausströmen des Wassers oder flüssigen Kühlmittels aus der Wicklung nicht möglich ist und das unter einem höheren Druck stehende gasförmige Medium in die Kühlkanäle der flüssigkeitsgekühlten Maschinenteile, insbesondere Ständerwicklung, eindringen kann. Da nun hierdurch unter Umständen die Kühlung z. B. infolge Blasenbildung sehr ungünstig beeinflußt und unter Umständen in Frage gestellt wird, ist es dringend erwünscht, Vorrichtungen vorzusehen, die das Übertreten von Gas aus der Gasfüllung der Maschine in das mit Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, angefüllte Kühlsystem erkennen lassen.
• Wie bereits vorgeschlagen wurde, kann man die Feststellung von Gas in dem mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, arbeitende Kühlsystem durch Gasanalysegeräte vornehmen oder durch Druckmeßeinrichtungen, da beim Übertritt von Gas in den Kühlmittelkreis Drucksteigerungen eintreten. In der Regel benötigen diese bekannten Anordnungen größere Vorratsräume, in denen die Gasanalyse oder Druckmessungen vorgenommen werden, deren Genauigkeit außerdem zu wünschen übrigläßt.
• Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine auf anderen Überlegungen beruhende Lecküberwachungseinrichtung für flüssigkeitsgekühlte Maschinen zu schaffen, die die Nachteile der vorerwähnten Anordnungen vermeidet und sich durch eine besonders hohe Ansprechempfindlichkeit bereits beim Vorhandensein kleinster Gasmengen in dem Kühlmittelkreis auszeichnet. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das flüssige Kühlmittel, insbesondere destillierte Wasser, zwischen den Belägen eines in die Kühlmittelleitung, insbesondere die Kühlmittelableitung hinter dem Kühlsystem eingeschalteten Kondensatorsystem hindurchgeführt wird, dessen Kapazitätsänderungen beim Auftreten von Gaspartikeln oder Gasblasen gemessen werden.
• Die Erfindung geht davon aus, daß beispielsweise bei Anwendung von destilliertem Wasser für die Kühlung die relative Dielektrizitätskonstante des Kühlmittels etwa 80 beträgt; demgegenüber ist die Dielektrizitätskonstante von den bei geschlossenen elektrischen Maschinen üblichen Kühlgasen, wie Wasserstoff, etwa 1. Beim Durchströmen des flüssigen Kühlmittels zwischen den Belägen des in den Kühlmittelkreis eingeschalteten Kondensators ergibt sich infolgedessen schon beim Vorhandensein verhältnismäßig kleiner Gasvolumina oder Gasblasen, daß merkliche Kapazitätsänderungen in dem Kondensator auftreten, die mit hoher Genauigkeit erfaßt werden können. Vorzugsweise kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden, daß der in den Flüssigkeitskreis eingeschaltete Kondensator in einer Resonanzschaltung angeordnet ist. Beim normalen Betrieb wird dieser Schwingungskreis mit einem Wechselstrom hoher Frequenz insbesondere von Hochfrequenz so erregt, daß in dem Schwingungskreis Resonanz vorhanden ist. Treten nun infolge Undichtigkeit in dem Kühlsystem beim Überströmen von Gas in den Flüssigkeits-Kühikreis Störungen auf, so wird die Resonanzabstimmung gestört, wodurch eine wesentliche Änderung in den elektrischen Größen des Resonanzkreises, z. B. der Spannung, ein tritt. Durch Erfassung der Änderung der elektrischen Größen des Resonanzkreises kann nun bei Anwendung einer geeigneten Relaisschaltung das Auftreten der Störungen angezeigt oder zur Herbeiführung von Schaltvorgängen, z. B. zur Abschaltung des Generators, ausgenutzt werden.
• Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnungen erläutert werden, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergeben.
• F i g. 1 zeigt schematisch einen Wechselstromgenerator, z. B. Turbogenerator, dessen Ständerwicklungssystem 2 mit Wasser gekühlt wird, das der Maschine über Leitung 3 von einem Rückkühlsystem 4 mittels der Pumpe 5 zugeführt wird. Die Maschine ist mit einem Kühlgas, z. B. Wasserstoff, gefüllt, das durch Lüfer 6 umgewälzt wird und sowohl den Läufer 7, wie das Ständerblechpaket 8 der Maschine kühlt. Unmittelbar hinter der flüssigkeitsgekühlten Wicklung ist in dem Leitungszweig 10 ein Kondensator 11 angeordnet, zwischen dessen isoliert angeordneten Belägen 12 das zur Kühlung verwendete Mittel, z. B. Wasser, hindurchgeführt wird. Da das Kühlwasser destilliert ist und einen Nichtleiter darstellt, bildet bei dieser Anordnung das zwischen den Belägen des Kondensators hindurchgeführte Kühlwasser das Dielektrikum. Destilliertes Wasser, wie es für derartige Kühlanlagen in Betracht kommt, hat eine außerordentlich hohe relative Dielektrizitätskonstante von 80. Sind nun Undichtigkeiten in der von der Kühlflüssigkeit durchflossenen Wicklung vorhanden, so gelangt das in dem Maschinengehäuse befindliche Kühlgas, das einen höheren Druck als der Kreis der Kühlflüssigkeit aufweist, in das Flüssigkeitskühlsystem. Es werden sich innerhalb desselben kleine Gaseinschlüsse oder Jblasen bilden. Gelangen diese Gaseinschlüsse oder -blasen zwischen die Kondensatorbeläge 12, so ergibt sich, da die Dielektrizitätskonstante des Gases sehr klein ist und nur etwa 1 beträgt, daß die Kapazität des Kondensators 11 sich ändert. Wie Versuche gezeigt haben, reichen schon kleine Gasbläschen aus, eine meßbare Kapazitätsänderung herbeizuführen. Erfindungsgemäß ist nun das in der Kühlmittelabströmleitung hinter der Maschine angeordnete Kondensatorsystem 11 so mit einer regelbaren Induktivität 15 parallel geschaltet, daß der Kondensator und die Induktivität einen elektrischen Schwingungskreis bilden. Diesem Schwingungskreis wird nun von einem Schwingungserzeuger 16 Wechselstrom, insbesondere von Hochfrequenz, zugeführt, wobei die zugeführte Wechselstromfrequenz mit der Eigenfrequenz des Schwingungskreises 11, 15 übereinstimmt, also Resonanz vorhanden ist. Treten nun Störungen durch Undichtigkeit in dem mit Kühlflüssigkeit beschickten Kühlsystem (Wicklung 2) auf, so wird diese Resonanz gestört.
• Der Resonanzkreis ist nun über Leitungen 20 an eine geeignete Verstärkergruppe 21 und über diese an eine Relaisvorrichtung 22 angeschlossen, welche bei Störungen in dem Resonanzkreis zum Asprechen gebracht wird.
• Von wesentlicher Bedeutung ist für die erfindungsgemäße Anordnung die Ausbildung des in den Flüssigkeitskreislauf eingeschalteten Kondensatorsystems. Dieses kann, wie in Fi g. 2 wiedergegeben ist, als Plattenkondensator ausgebildet werden, wobei ein rechteckiger Strömungsquerschnitt 30 für das flüssige Kühlmittel zwischen den beiden die Konden- satorbeläge bildenden Elektroden 31 vorhanden ist.
• Es ist aber auch ohne weiteres möglich, wie dies schematisch in F 1 g. 3 angedeutet ist, die Elektroden 32 konzentrisch anzuordnen und das flüssige Kühlmittel durch einen Ringspalt 33 zwischen den Elektroden hindurchtreten zu lassen. Die Elektroden des von dem flüssigen Kühlmittel durchströmten Kondensators sind sowohl gegenüber dem Leitungssystems wie auch gegenüber dem Dielektrikum beispielsweise durch eine isolierende Kunststoffschicht 34 isoliert, um auf jeden Fall sicherzustellen, daß nur Verschiebungsströme im Dielektrikum von Einfluß auf die Messung sind.
• In Einzelheiten kann die beschriebene Anordnung selbstverständlich abgeändert werden. Dies gilt sowohl bezüglich der Ausbildung des in dem Kühlmittelkreis eingeschalteten Kondensatorsystems, wie auch bezüglich der Schaltung und Ausbildung der Stromkreise der elektrischen Anzeigevorrichtung.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Lecküberwachung für flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen, bei denen ein flüssiges Kühlmittel, insbesondere destilliertes Wasser, zur Kühlung einzelner Maschinenteile dient und ein zweites in dem Maschinengehäuse befindliches unter einem höheren Druck stehendes gasförmiges Kühlmittel vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreis des flüssigen Kühlmittels ein Kondensatorsystem eingeschaltet ist, dessen Dielektrikum durch das hindurchströmende Kühlmittel gebildet wird, und daß die beim Eindringen von Gas in den Kreis des flüssigen Kühlmittels auftretenden Kapazitätsänderungen durch eine elektrische Anzeigevorrichtung erfaßt werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Kühlmittelkreis eingeschaltete Kapazität mit einer vorzugsweise regelbaren Induktivität zu einem elektrischen Schwingungskreis zusammengeschaltet ist, der im Normalbetrieb entsprechend seiner Resonanzfrequenz von einer Wechselstromquelle erregt wird und beim Übertreten von Gas in den Flüssigkeitskühlkreis in seiner Resonanz gestört wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Resonanzkreises über eine Verstärkereinrichtung einem Relaissystem zugeführt wird, das bei Änderungen elektrischer Größen des Resonanzkreises anspricht und eine Anzeige oder Schaltvorgänge, z. B. zur Entlastung der elektrischen Maschine, herbeiführt.