DE1928738A1

DE1928738A1 - Thermofuehleranordnung fuer UEberlastungsschutz von Hochspannungswicklungen

Info

Publication number: DE1928738A1
Application number: DE19691928738
Authority: DE
Inventors: Rotter Dipl-Metr Hans-Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1969-06-06
Publication date: 1970-12-17
Also published as: DE1928738B2; FR2050063A5; SE360467B; CH509689A

Description

Thermofühleranordnung für Überlastungsschutz von Hochspannungswicklungen

Zum Schutz gegen thermische Überlastungen von Hochspannungswicklungen elektrischer Maschinen ist es bekannt, Thermofühler in Form von Heiß- oder Kaltleitern oder sogenannte Widerstandsthermometer in die Nuten der Maschinen einzubringen. Bei dieser Art der Temperaturerfassung ist der Nachteil gegeben, daß der Wärmeübergar'' vom Leiter zum Thermofühler durch die verhältnismäßig große V ndstärke der Isolierung des Nutteiles der Wicklung mit einer verhältnismäßig großen Wärmekopplungszeitkonstante behaftet ist. Dies hat zur Folge, daß die tatsächlich im Leiter herrschende Temperatur, wenn überhaupt, dann nur mit einer verhältnismäßig großen Verzögerung vom Thermofühler erfaßt werden kann, so daß insbesondere die Messung der Wicklungstemperatur bei mit Laständerungen betriebenen Hochspannungsmaschinen unzureichend ist. Darüber hinaus sind auch bei einer Vielzahl von elektrischen Maschinen die maßgeblichen Heißpunkte nicht im Nutteil der Hochspannungswicklung, sondern im Wickelkopf, so insbesondere bei Maschinen mit kurzen Blechpaketen und großen Wickelköpfen für niederpolige Ausführungen. Auch die Art der Kühlung spielt hierbei eine Rolle, wobei insbesondere rippengekühlte Hochspannungsmaschinen die für den gefahrlosen Betrieb solcher Maschinen maßgeblichen Heißpunkte im Wickelkopf aufweisen. Da nun insbesondere durch die Ausführung der Wickelkopfisolierung mit der großen Wandstärke der Isolierschicht und damit einem sehr geringen Leitwert eine Anordnung solcher Thermofühler in ähnlicher Weise wie bei Niederspannungsmaschinen unbrauchbar ist, war bisher eine schnelle, sichere und den Verhältnissen in der Maschine entsprechende Erfassung der Temperatur an den Heißpunkten nicht möglich.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auch für Hochspannungsmaschinen mit wechselnden Temperaturen "bei Laständerungen eine richtige Temperaturmessung im Wickelkopf zu ermöglichen. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß der Thermofühler an einem elektrisch isolier renden Oxydkeramikkörper hoher Wärmeleitfähigkeit eng anliegend gehalten und der Oxydkeramikkörper seinerseits in enger Berührung mit einem blanken Leiter der Wicklung von der Hochspannungsisolierung umgeben ist. Durch diese Anordnung wird unter Wahrung der erforderlichen Isolierung zwischen dem Thermofühler und dem Leiter eine so guie WärmeIeitverbindung hergestellt, daß auch insbesondere durch Laständerungen bedingte Schwankungen der Tem-

w peratur des Leiters praktisch unverzüglich vom Thermofühler erfaßt werden können. Ein solcher Oxydkeramikkörper kann als voller stabförmiger Körper ausgebildet sein, er kann aber in besonders vorteilhafter Weise aus einer Platte mit verhältnismäßig dünner, für di- erforderliche Isolierung ausreichender Wandstärke bestehen, mit dessen einer Seite der Thermofühler und eine ihn überdeckende Isolierfläche hohlraumfrei verkittet ist. Bei dieser Ausführung einer Thermofühleranordnung nach der Erfindung ist die Anbringung sowohl des Oxydkeramikkörpers als auch des Thermofühlers vor der Aufbringung der Isolierung am blanken Leiter erforderlich und es ist ein nachträgliches Austauschen des Thermofühlers ohne Eingriff in die Isolierung nicht möglich. Eine solehe, in vielen Fällen besonders günstige Ausführung und Montage einer Thermofühleranordnung läßt sich gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreichen, daß der plattenförmige, verhältnismäßig dünnwandige Oxydkeramikkörper einen aus der Isolierung ragenden Hals mit einer Ausnehmung zum Einstecken des Thermofühlers aufweist. Der aus der Hochspannungsisolierung im Wickelkopf ragende Hals überträgt dabei durch den plattenförmigen Teil, der in enger Berührung mit dem blanken Leiter steht, dessen Wärme auf den in der Ausnehmung des Halses eng und damit in gut wärmeleitende Verbindung gebrachten Thermofühler, der im Bedarfsfalle leicht ohne Eingriff in die Isolierung ausgewechsel werden kann. Auch besteht bei einer solchen Ausbildung des Oxydkeramikkörpers die Möglichkeit, eine Mehrzahl solcher Oxydkeramikkörper an geeigneten Stellen des Wickelkopfes einer Hochspannungswicklung

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vorzusehen und nur einen Teil dieser Oxydkeramikkörper mit Th.ermoftih.lern zu "bestücken, und zwar jene, die in experimentell ermittelter Weise den Heißpunkten der Maschine benachbart sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand zweier Ausführungs beispiele des Gegenstandes nach der Erfindung nachfolgend näher erläutert.

In Fig. 1 ist an der Breitseite eines blanken Leiters 1, dessen Hochspannungsisolierung hier nicht dargestellt ist, in enger Berührung mit einem Oxydkeramikkörper 2 in Form einer dümiwandigen Platte vorgesehen. Auf der dem Leiter abgewandten Seite des plattenförmigen Oxydkeramikkörpers 2 ist eng an diesem anliegend ein Thermofühler 3 in an sich bekannter Art angeordnet, dessen Thermofühlerableitung 4 im Anschluß an den Thermofühler 3 von einem 7 olierschlauch 5 in an sich bekannter Weise umgeben ist. Die Bei ihrungsstelle des Oxydkeramikkörpers 2 mit dem blanken Leiter 1 und die des Thermofühlers 3 mit dem Oxydkeramikkörper 2 ist von einer Isolierfläche 6, die aus einer Kunststoffolie, einem Gewebe oder einem Lackglasseidenband gebildet sein kann, überdeckt, wobei die Räume zwischen der Isolierfläche 6 und dem Thermofühler 3 sowie dem Oxydkeramikkörper 2 lückenlos mit einem Kitt aus insbesondere Harz-Quarzmehl-Gemisch gefüllt sind, so daß die Gesamtanordnung hohlraumfrei ist. Diese in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist in nicht näher dargestellter Weise dann von der Hochspannungsisolierung überdeckt, und zwar so, daß auch hier keine Hohlräume entstehen. Bei dieser Anordnung ist, wie ohne weiteres ersichtlich, das Anbringen des Thermofühlers und sein Entfernen nur vor Aufbringung der Hochspannungsisolierung bzw. bei örtlicher Entfernung derselben möglich.

Pur den Fall, daß es wünschenswert ist, die Thermofühler auch bei fertig isolierter Hochspannungswicklung nachträglich austauschen zu können, ist eine Anordnung nach den Fig. 2 und 3 vorteilhaft. Hierbei besteht der Oxydkeramikkörper aus einer plattenförmigen, ebenen, dünnwandigen Fläche 2a und einem mit dieser verbundenen, aus der Hochspannungsisolierung ragenden Hals 2c, der mit einer Ausnehmung 2d versehen ist, in die eng anliegend der Thermofühler

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3 leicht entfernbar einfügbar ist. Eine "besonders sichere und richtige Placierung des Oxydkeramikkörpers am "blanken Leiter läßt sich dadurch erreichen, daß die dünnwandige ebene Fläche 2a mit einer dazu im Winkel, insbesondere im rechten Wickel angeordnete, den Hals tragenden schmaleren Randfläche 2b versehen ist. Bei dieser Ausbildung ergibt sich eine in Fig. 3 angedeutete bestimmte fixierbare Lage des Oxydkeramikkörpers am blanken Leiter, wobei die Fläche 2a und die Randfläche 2b von der Hochspannungsisolierung 8 überdeckt sind und nur der Hals 2c aus der Hochspannungsisolierung herausragt. Es ist hierbei zu bemerken, daß bei dieser Darstellung die Dicke der Hochspannungsisolierung nicht im tatsächlichen Verhältnis zur Querschnittsfläche des

" Leiters und den Abmessungen des Oxydkeramikkörpers dargestellt ist. Je dünnwandiger die ebene Fläche, insbesondere die ebene Fläche 2a gewählt ist, wobei die Wandstärke dieser Fläche nur im Hinbli'x auf die erforderliche Isolation begrenzt ist, desto besser and schneller erfolgt der Wärmeübergang vom Leiter zum Thermofühler und desto geringer wird die Kopplungszeitkonstante, so daß sich auf diese Weise auch bei rasch wechselnden Laständerungen mit entsprechend raschen Änderungen der Temperaturen eine richtige Erfassung der Temperaturen mit der Thermofühleranordnung nach der Erfindung erreichen läßt. Als Oxydkeramikkörper mit . sowohl guter Wärmeleitfähigkeit als auch guten elektrischen Isoliereigenschaften eignen sich besonders solche aus formgepreßtem und gesintertem Berylliumoxyd, Aluminiumoxyd od.dgl. Durch die Sinterung, d.h. durch das Zusammenwachsen der einzelnen Einkristalle, wird für den gesamten Oxydkeramikkörper das Leitvermögen des Einkristalles, beispielsweise von Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd, nahezu erreicht. Versuche haben ergeben, daß beispielsweise bei Oxydkeramikkörpern aus Berylliumoxyd (BeO) Wärmeleitfähigkeiten erreicht werden können, die etwa reinem Aluminium vergleichbar sind und bei etwa 20° C bei 80 bis 160 kcal/mh° C liegen. Bei Oxydkeramikkörpern mit 95 1° Gehalt an Aluminiumoxyd (Al₂O,) läßt sich eine Wärmeleitfähigkeit von 18 und bei Oxydkeramikkörpern mit 99 # Aluminiumoxyd eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 80 erreichen. Im Vergleich dazu ist die Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise Feinglimmerisolierplatten nur 0,19.

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Im Hinblick auf die Glimmeinsatzspannung ist es vorteilhaft, die Thermofülileranordnungen so in die einzelnen Phasen einzubauen, daß Glimmentladungen ausgeschlossen werden können. Als besonders günstiger Anbringungsort für die Thermofühleranordnungen sind die Stirnseiten der Unterschenkel anzusehen, wobei die Thermofühleranordnungen bei Dreieckschaltung der Hochspannungswicklungen inmitten der Unterschenkel, bei Sternschaltung vorzugsweise auf der vorletzten Spule einer jjeden Phase angebracht werden können. Durch die Anbringung auf den Unterschenkeln ergeben sich größere Luftabstände zwischen den Spulen wegen des äußeren Umfanges der Wickelköpfe und es iet auch eine sichere Verlegung der Thermofühlerableitungen möglich, da eine Durchführung durch Hochspannung führende Spulen entfällt. Um Überschläge an den Zuführungsleitungen zu den ThermofÜhlern auszuschließen, werden diese vorzugsweise mit den besagten Isolierschläuchen entsprechend hoher Durchschlagsfestigkeit umgeben.

6 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

'Thermofühleranordnung für Überlastungsschutz von Hochspannungswicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermofühler (3) an einem elektrisch isolierenden Oxydkeramikkörper (2) hoher Wärmeleitfähigkeit eng anliegend gehalten und der Oxydkeramikkörper (2) seinerseits in enger Berührung mit einem "blanken Leiter der Wicklung von der Hochspannungsisolierung (8) umgeben ist.
2. Thermofühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß β- . Oxji.i.eramikkörper (2) aus einer Platte mit verhältnismäßig dünner Wandstärke "besteht, mit dessen einer Seite der

" Thermofühler (3) und eine ihn überdeckende Isolierfläche (6) hohlraumfrei verkittet (7) ist.
3. Thermofühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige, dünnwandige Oxydkeramikkörper (2) einen aus der Isolierung (8) ragend--v- Hals (2c) mit einer Ausnehmung (2d) zum Einstecken des Thermofühlers (3) aufweist.
4. Thermofühleranordnung nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydkeramikkörper (2) aus einer dünnwandigen ebenen Fläche (2a) und einer dazu im Winkel angeordneten, den Hals (2c) tragenden schmäleren Randfläche (2b) besteht.
5. Thermoftihleranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydkeramikkörper (2) aus formgepreßtem und gesintertem Berylliumoxyd, Aluminiumoxyd od.dgl. besteht.
6. Thermofühleranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Thermofühler im Wickelkopf an den Stirnseiten der Unterschenkel angeordnet sind.

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