DE19904419A1

DE19904419A1 - Nutenwiderstandsthermometer

Info

Publication number: DE19904419A1
Application number: DE19904419A
Authority: DE
Original assignee: Paul Ruester & Co U No
Current assignee: Paul Ruester & Co U No
Priority date: 1998-02-08
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: DE19904419B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Nutenwiderstandsthermometer zur Temperatur messung in Wicklungen elektrischer Großmaschinen, bei dem temperatu rempfindliche Widerstandselemente an einem plattenförmigen Trägerkörper angeordnet sind.

Zum Schutz gegen thermische Überanspruchungen von Hochspannungs wicklungen großer elektrischer Motoren und Generatoren müssen Tempera turerhöhungen schnell erfaßt werden. Hierfür werden sogenannte Nutenwiderstandsthermometer verwendet, die in die Nuten dieser Maschi nen einmontiert werden. Diese Temperaturfühler müssen dünn und flexibel sein und eine hohe Druckbeständigkeit aufweisen, da sie fest in die Meßstelle eingefügt bzw. eingepreßt sind um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Der dabei auftretende Druck darf nicht zur Zerstörung oder Meßwertverfälschung führen.

Der temperaturempfindliche Teil des Nutenwiderstandsthermometers soll langgestreckt sein, um eine integrale Temperaturmessung längs der Wicklung zu gewährleisten. Da in der Maschine hohe Spannungen auftreten, ist eine Spannungsfestigkeit von 3000. . .5000 V erforderlich. Darüber hinaus dürfen die auftretenden elektromagnetischen Felder keine Meßwertbeeinflus sung hervorrufen.

Die Nutenwiderstandsthermometer bestehen im wesentlichen aus einem mit Nuten versehenen plattenförmigen Trägerkörper, in dessen Nuten Platin- Wicklungen eingebettet sind. Im Stand der Technik sind eine Reihe von Ausführungen bekannt.

Nach DE 89 15 760 U1 ist ein Nutenwiderstandsthermometer bekannt, bei dem diagonal auf der Ober- und Unterseite je eine Nut in den Trägerkörper eingebracht ist und ein gewendelter Widerstandsdraht in die Nuten von einem Anschlußdraht im hinteren Bereich des Trägerkörpers zum vorderen Rand des Trägerkörpers und von dort zum anderen im hinteren Bereich geführt wird, wobei diese beiden Nuten sich im mittleren Bereich des Trägerkörpers kreuzen. Dieses bifilare Kreuz bewirkt eine Kompensation von HF-Einstreuungen.

Weiterhin ist in DE 32 41 147 A1 ein Widerstandsthermometer für Großma schinen beschrieben, bei dem für den Anschluß an eigensichere Stromkreise die Meßanordnung auf einer größeren Länge als der Nuteneinbaulänge mit einer elektrischen Abschirmung aus geflochtenem Schlauch, aus elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Kupfer, umgeben ist.

Weiterhin ist in DE 36 17 465 C1 ein Widerstandsthermometer angegeben, das aus einer Vorrichtung besteht, bei der sich die beiden Kontaktstellen zwischen den Zuführungsleitungen und der Meßwicklung im vorderen Bereich des Trägerkörpers befinden, die beiden Zuführungsleitungen von der Anschlußseite über die gesamte Länge des Trägers zur Kontaktierstelle geführt werden und sich die Meßwicklung bogenförmig in Richtung auf die Anschlußseite von dem Trägerkörper erstreckt.

Ferner ist in DE 22 40 651 A1 ein Widerstandsthermometer beschrieben, bei dem der Meßdraht in einer Nut liegt, die sich auf den Schmalseiten eines dünnen Trägerkörpers befindet.

Neben den klassischen Nutenwiderstandsthermometern werden zunehmend auch Dünnschichtsensoren als Meßfühler eingesetzt. Hierzu wird eine Nut in das Trägerkörpermaterial eingefräst und ein Dünnschichtwiderstandsthermo meter mit angeschlossenen Drähten in die Nut eingelegt und über Verlänge rungsleitungen mit den klassischen Anschlußdrähten des Nutenwiderstandsthermometer verbunden. Die Anordnung ist mit einen entsprechenden Verguß und der üblichen Konfektionierung versehen.

Der wesentliche Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß die Tempe ratur nur punktförmig erfaßt wird, während in den oben aufgeführten Anordnungen über die Länge des Meßdrahtes die Temperatur gemittelt erfaßt wird. Diese sind jedoch dadurch nachteilig, daß die Herstellung der Platin-Wicklungen für das Nutenwiderstandsthermometer aufwendig und daher teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nutenwiderstandsthermome ter anzugeben, das sowohl einfach herstellbar ist als auch eine mittelwertbil dende Erfassung der Nutentemperatur ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden Dünnschichtelemente verwendet, welche auf der einen Seite eine strukturierte Platinschicht einhal ten, die noch passiviert sein kann. Die Enden des Chips sind mit einer Nickel-Silber-Schicht elektrisch-leitend versehen. Vorteilhaft können dabei jeweils zwei Paare der Fühlerchips, deren Widerstandswert in der Summe 200 Ohm ergibt, in Reihe geschaltet werden, so daß die gesamte Wider standsanordnung den üblichen Widerstandswert von 100 Ohm aufweist. Auf diese Weise lassen sich natürlich auch beliebige andere Widerstandswerte erzielen.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläu tert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Nutenwiderstandsthermometer im Längsschnitt, wobei die Pt-Dünnschichtsensoren in Vertiefungen liegen,

Fig. 2 ein Nutenwiderstandsthermometer im Längsschnitt mit Dünnschichtsensoren und Doppelträgern,

Fig. 3 ein Schaltbild und eine prinzipielle doppelseitige Darstel lung der Strukturierung auf dem Trägerkörper für stetige Wärmefel der,

Fig. 4 ein Schaltbild und eine prinzipielle doppelseitige Darstellung der Strukturierung auf dem Trägerkörper für Wärmefelder mit lokalen Maxima und

Fig. 5 ein Schaltbild und eine prinzipielle Darstellung einer H-Strukturierung auf dem Trägerkörper.

Die Leitungsführung der dargestellten Anordnung erfolgt auf der Oberseite des Grundträgers in der Weise, daß sich zum einen der Gesamtwiderstands wert mit 100 Ohm ergibt und sich zum anderen eine Kompensation der störenden, von HF-Feldern induzierten Ströme und Spannungen, ergibt. Die Dünnschichtelemente sind in der neutralen Faser des Trägerkörpers unterge bracht, so daß bei auftretenden Biegebeanspruchungen möglichst wenig mechanische Spannungen vom Trägerkörper auf die Dünnschichtelemente übertragen werden. Die Unterseite des Trägerkörpers besteht aus einer metallischen Schicht, die infolge ihres guten Wärmeleitvermögens zur Mittelwertbildung der gemessenen Nutentemperatur beiträgt. Die mehrfache Anordnung von Sensoren längs des Trägerkörpers unterstützt diese Mittel wertbildung ebenfalls. Die elektrisch leitenden Endverkappungen des Dünnschichtsensors sichern einen extrem guten Wärmeübergang nach beiden Seiten des Sensorelementes. Dieser symmetrische elektrische Anschluß trägt ebenfalls zum integralen Gesamtverhalten des Fühlers bei.

Das Trägermaterial des Grundkörpers besitzt weiterhin einen mittleren Wärmeleitkoeffizienten, der einerseits eine ausreichende elektrische Isolation Dünnschichtsensors sichern einen extrem guten Wärmeübergang nach beiden Seiten des Sensorelementes. Dieser symmetrische elektrische Anschluß trägt ebenfalls zum integralen Gesamtverhalten des Fühlers bei.

Das Trägermaterial des Grundkörpers besitzt weiterhin einen mittleren Wärmeleitkoeffizienten, der einerseits eine ausreichende elektrische Isolation gewährleistet, jedoch andererseits eine ausreichende Wärmeübertragung gewährleistet. Die Anschlußdrähte sind formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden.

Bezugszeichenliste

1

Platin-Dünnschichtelement mit lötfähigen metallisierten Stirnkapen

2

Trägerkörper

3

strukturierte Metallschicht auf dem Trägerkörper

4

Anschlußleitung

5

äußere Isolationshülle

Claims

1. Nutenwiderstandsthermometer zur Temperaturmessung in Wicklungen elektrischer Großmaschinen, bei dem temperaturempfindliche Widerstandse lemente an einem plattenförmigen Trägerkörper (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- auf der Ober- und Unterseite des plattenförmigen Trägerkörpers (2) metal lisch strukturierte Schichten (3) angebracht sind,
- in einer Reihe mehrere Dünnschichtelemente (1) als temperaturempfind liche Widerstandselemente angeordnet sind, die an den Stirnseiten lötfähige, metallisierte Polkappen aufweisen und
- die metallisierten Polkappen mit den strukturierten Leitungsbahnen des Trägerkörpers (2) verbunden sind.

2. Nutenwiderstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der plattenförmigen Trägerkörper (2) Vertiefungen aufweist, in denen Platin-Dünnschichtelemente (1) angeordnet sind.

3. Nutenwiderstandsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß auf dem plattenförmigen Trägerkörper (2) ein zusätzlicher platten förmiger Körper angeordnet ist, wobei der Trägerkörper (2) die metallisierte Struktur (3) und die Platin-Dünnschichtelemente (1) enthält und der zusätz liche Körper eine Längsnut zur Aufnahme der Platin-Dünnschichtelemente (1) aufweist und die beiden plattenförmigen Körper miteinander verklebt sind.

4. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platin-Dünnschichtele mente (1) in der Nähe der neutralen Faser der Gesamtanordnung des Nutenwiderstandsthermometers angeordnet sind.

5. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht der Oberseite des plattenförmigen Trägerkörpers (2) in Form einer doppelten und gewendelten Acht ausgebildet ist.

6. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht der Oberseite des plattenförmigen Trägerkörpers (2) in Form eines H ausgebildet ist.

7. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den explosionsgefährde ten Einsatz die Gesamtanordnung mit Kupferfolie umwickelt oder mit einem metallisierten Überzug versehen ist.

8. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei parallel geschaltete Paare von Platin-Dünnschichtelementen (1) in Reihe geschaltet sind.

9. Nutenwiderstandsthermometer nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platin-Dünnschicht elemente (1) so alternierend angeordnet sind, daß die temperaturempfindli che Platinschicht einmal dem Trägerkörper zugewandt und einmal dem Trägerkörper abgewandt ist.

10. Nutenwiderstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradzahlige Anzahl von Dünnschichtelementen in einer Reihenschaltung und/oder einer kombinierten Reihen- und Parallelschaltung so angeordnet sind, daß der Gesamtwider stand 100 Ohm oder 1000 Ohm entspricht.

11. Nutenwiderstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß als Dünnschichtelement Nickelelemente verwendet werden.

12. Nutenwiderstandsthermometer nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichtelemente auf einem flexiblen Trägerkörper angeordnet sind und die Leiterstrukturen des Trager körpers mit einer Abgleichspur verbunden sind.