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Die Neuerung betrifft eine Sensoreinrichtung für Hochspannungsgeräte, insbesondere einen Temperatursensor für Stufenschalter oder Hochspannungs- bzw. Leistungstransformatoren.
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Aus der
EP0957349B1 , insbesondere
1, ist zwar die äußere Kontur eines Widerstandsthermometers für einen Transformator oder einen Stufenschalter bekannt, der Inhalt der Anmeldung widmet sich jedoch einem Verfahren zur Temperaturmessung sowie dem Verschalten bestimmter elektronischer Bauelemente.
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Aus der
DE7318558U ist ein Wärmefühler für Stufenschalter von Regeltransformatoren bekannt. Dieser besteht aus einem Gehäuseblock, der im Deckel eines Stufenschalters sitzt, und einem, mittels Dichtungen und einer mechanischen Sicherung daran befestigten Rohrstück. Am unteren Ende des Rohrstücks ist ein Bodenteil angeordnet, welches im Inneren ein elektrisches Fühlerelement trägt. Das Bodenteil und das Rohrstück sind ebenfalls über Dichtungen und einer mechanischen Sicherung miteinander verbunden. Das Bodenteil weist zusätzlich am unteren Ende eine besondere topologisch ausgestaltete Oberfläche auf, mit deren Hilfe die Erfassung der Öltemperatur durch das elektronische Fühlerelement verbessert werden soll. Das elektronische Fühlerelement ist über Verbindungsleitungen, die im Inneren des Rohrstückes verlaufen, mit einer Anschlussklemme elektrisch leitend verbunden. Eine mit den Anschlussklemmen verbundene Anschlussleitung, die an der Seite des Gehäuseblocks angeordnet ist, dient als Schnittstelle für den Anschluss von Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtungen. Am oberen Ende des Gehäuseblocks ist eine Entlüftungsschraube angeordnet.
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Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform ist besonders die Wartung, insbesondere der Austausch des elektronischen Fühlerelements. Da der Gehäuseblock fest mit dem Deckel verbunden ist, muss bei einem Austausch der gesamte Deckel des Stufenschalters abmontiert werden, um den gesamten Wärmefühler auszutauschen. Dies gestaltet sich als besonders aufwändig, da auf dem Deckel das Getriebe für den Antrieb des Stufenschalters sowie Sicherheitselemente, wie z. B. Überdruckventile, montiert sind. Auf Grund des filigran ausgestalteten Rohrstücks und der massiven Bauform des Deckels, kommt es bei Wartungen häufig vor, dass das Rohrstück beim Absetzen des Deckels abgebrochen wird. Dies hat zur Folge, dass bei bloßen Wartungen am Stufenschalter auch noch der Wärmefühler ausgetauscht werden muss.
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Da bei dieser Ausführungsform ein bloßer Austausch des elektronischen Fühlerelements nicht vorgesehen ist, müsste zunächst der Stufenschalterdeckel entfernt werden. Danach müsste man das elektronische Fühlerelement alleine aus dem Bodenteil lösen und anschließend über die Anschlussklemmen, durch die für die Entlüftungsschraube vorgesehen Öffnung, herausziehen. Beim Wiedereinsetzen würde das neue elektronische Fühlerelement über die Öffnung der Entlüftungsschraube mit den Anschlussklemmen in das Rohrstück geführt werden. Am unteren Ende würde es dann wieder mit dem Bodenteil verbunden werden, um im Anschluss mit Dichtungen und einer mechanischen Sicherung am Rohrstück fixiert zu werden. Diese Vorgehensweise ist aufwändig und erfordert stets ein Abmontieren des Deckels, d. h. der Stufenschalter muss geöffnet werden.
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Das Öffnen des Stufenschalters oder eines Hochspannungsgeräts, wie z. B. eines Hochspannungstransformators, ist besonders problematisch, da das sich im Inneren befindende Öl vor dem Einfüllen dehydriert wurde. Durch den Entzug von Wasser aus dem Öl werden die dielektrischen Eigenschaften und somit auch die Lebensdauer der Hochspannungsgeräte deutlich erhöht. Beim Kontakt mit der Umgebungsluft, d. h. unmittelbar nach dem Öffnen des Stufenschalterdeckels, bindet das Öl Wasser an sich; die Lebensdauer und Funktion werden erheblich zum Negativen beeinträchtigt.
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Es wäre auch denkbar den gesamten Wärmefühler d. h. Gehäuseblock, Rohrstück und das darin angeordnete elektronische Fühlerelement auszutauschen. Hierfür müsste wieder der Deckel des Stufenschalters mit allen daran angeordneten Komponenten abmontiert werden, da die Abdichtung und Fixierung des Gehäuseblocks gegenüber dem Deckel von unten, d. h. von innen, erfolgen muss.
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Doch nicht nur der Austausch des Fühlerelements ist, bei der aus der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform, sehr komplex. Die Verbindung des Fühlerelements mit dem Bodenteil bringt ebenfalls Nachteile mit sich. Obwohl die Verbindung des Fühlerelements mit dem Bodenteil thermisch leitend ist, verlangsamt dies jedoch die Reaktionszeit einer möglichen Temperaturänderung und stellt somit einen Risikofaktor dar.
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Die sehr kompakte Anordnung der Anschlussklemmen und der Anschlussleitungen im Inneren des Gehäuseblocks sowie der räumlich sehr begrenzte Zugang zu diesen Teilen über die Öffnung der Entlüftungsschraube, erschwert die Installation, insbesondere die Verdrahtung, der einzelnen Elemente.
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Auch die sehr einfach gehaltene Anschlussleitung des Standes der Technik bringt Nachteile mit sich. Vor allem nach häufigen Wartungen ist die Anschlussleitung, die als Durchführung für die Anschlusskabel fungiert, in Verbindung mit dem Gehäuseblock nicht mehr dicht, sodass bei starkem Regen Wasser in das Innere eindringen kann.
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Die Aufgabe der Neuerung ist es, eine Sensoreinrichtung für Hochspannungsgeräte bereitzustellen, welche unter anderem als Temperatursensoreinrichtung für Stufenschalter oder Hochspannungstransformatoren einsetzbar ist, die einfacher anzuschließen und zu warten ist, dabei genauere Messdaten liefert und besseren Schutz gegen Witterungseinflüsse bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine neuerungsgemäße Sensoreinrichtung für Hochspannungsgeräte gemäß den Merkmalen des ersten Schutzanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung.
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Die neuerungsgemäße Sensoreinrichtung für Hochspannungsgeräte weist ein Sensorgehäuse mit einem Schutzrohr auf, wobei ein Sensorelement, insbesondere ein Thermoelement, im Inneren austauschbar angeordnet ist. Das Sensorelement besteht aus einem rohrförmigen, hohlen Fühler in dem der eigentliche Sensor zumindest teilweise angeordnet ist, einem Sensorkopf und einem Sensorflansch, wobei alle Teile mechanisch miteinander verbunden sind.
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Die Neuerung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden. Es zeigen:
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1: eine neuerungsgemäße Sensoreinrichtung für ein Hohspannungsgerät mit einem Sensorelement
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2: ein neuerungsgemäßes Sensorelement
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3: eine Detailansicht A aus 1
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1 zeigt eine neuerungsgemäße Sensoreinrichtung 1 bestehend aus einem Sensorgehäuse 2, welches mit einer Wandung 3 verbunden ist. Als Wandung 3 können beispielsweise der Deckel eines Stufenschalters oder der Kessel bzw. der Deckel eines Hochspannungtransfomators in Frage kommen. Die Befestigung der Sensoreinheit 1 erfolgt über das Sensorgehäuse 2, welches durch ein Öffnung 4 gesteckt wird und anschließend von Innen durch einen Sprengring 5 oder andere Befestigungsmittel fixiert wird. Zusätzlich verhindern Dichtringe 6 das Austreten des sich im Inneren befindenden Öls.
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Im Inneren des Sensorgehäuses 2 ist ein Klemmenraum 7 ausgebildet, der zur Aufnahme von einer Platine 8, eines Klemmenblocks 9 mit mehreren Anschlüßen und Verbindungskabeln, hier nicht abgebildet, dient. Dabei wird die Platine 8 durch zwei Schrauben im Klemmenraum 7 fixiert. Der Klemmenblock 9 ist auf der oberen Seite der Platine 8 angeordnet. Der Klemmenraum 7 des Sensorgehäuses 2 ist mit Hilfe eines Gehäusedeckels 10 und mehrerer Schrauben 11 verschließbar.
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Am oberen Ende des Sensorgehäuses 2 ist um den Klemmenraum 7 eine Nut 12 eingebracht. Beim Verschließen des Sensorgehäuses 2 wird in diese Nut 12 eine Dichtung 13 eingelegt, sodass nach dem Festschrauben des Gehäusedeckels 7 keine Luft oder Wasser in den Klemmenraum 7 eindringen kann. Seitlich am Sensorgehäuse 2 ist eine Öffnung 14 mit unterschiedlichen Durchmessern, insbesondere nach Innen kleiner werdend, angeordnet. Diese Öffnung 14 verbindet den Klemmenraum 7 mit der Umgebung und dient der Durchführung von Anschlusskabeln. Ein Abschnitt 15 der Öffnung 14 hat einen kleineren Durchmesser, ist exzentrisch nach oben versetzt, so dass eine Schräge im Übergangsbereich entsteht. Diese Anordnung stellt eine Barriere für eindringendes Wasser von außen dar.
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Der Klemmenraum 7 weist im unteren Berich eine Auffangsnut 16 auf, die entlang einer Innenwand 17 verläuft. Auch diese Auffangnut 16 verhindert das Eindringen von Wasser, fängt Kondenswasser auf und schützt damit den Klemmenblock 9 vor Feuchtigkeit.
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Am unteren Ende des Sensorgehäuses 2 ist ein Schutzrohr 18 befestigt. Dieses ist mit dem Sensorgehäuse 2 fest verbunden. Das Schutzrohr 18 weist am unteren Ende einige Bohrungen 19 auf, die das Durchströmen von Öl gewährleisten.
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Das Sensorgehäuse 2 weist im Inneren eine Öffnung 20 auf, die den Klemmenraum 7 mit dem Inneren des Schutzrohres 18 verbindet. Das heißt über diese Öffnung 20 werden die Umgebung und das Innere des Hochspannungsgeräts miteinader verbunden. Durch diese Öffnung 20 wird ein Sensorelement 21 in das Innere des Schutzrohrs 18 und somit in das Hochspannungsgerät eingebracht. Das Sensorelement 21 ist dabei konzentrisch im Inneren des Schutzrohres 18 angeordnet.
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In 2 ist ein Sensorelement 21 im Detail abgebildet. Dieses bestet aus einem rohrfömigen, hohlen Fühler 22 an dessen oberen Ende ein Sensorkopf 23 angeordnet ist. Der Fühler 22 dient der zumindest teilweisen Aufnahme des eigentlichen Sensors. Am oberen Ende des Sensorkopfes 23 befinden sich Anschlussleitungen 24. Der Sensorkopf 23 weist umfangsseitig Dichtungsnuten 25 auf, mit deren Hilfe, in Verbindung mit Dichtungsringen 26 das Austreten von Öl verhindert werden soll. Am oberen Ende des Sensorkopfes 23 ist außerdem ein Sensorflansch 27 ausgebildet, dessen Durchmesser größer ist als der des Sensorkopfes 23 und des Fühlers 22. Der Fühler 22, der Sensorkopf 23 sowie der Sensorflansch 23 sind mechanisch miteinander verbunden. Da der eigentliche Sensor im Inneren des rohrförmigen, hohlen Fühlers 22 angeordnet ist, ist die Art des Sensorelements 21 frei wählbar. Das heißt, unterschiedlichste Eigenschaften und Zusammensetzungen, darunter Temperaturen, Gas in Öl, Wasser in Öl, Viskosität des Füllmediums z. B. Öl des Hochspannugsgerätes, können mit einem Sensorelement 21 bestimmt werden.
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In 3 ist eine Detailansicht des Ausschnitts A aus 1 abgebildet. Hier ist deutlich zu sehen, wie das Sensorelement 21 im Sensorgehäuse 2 eingebracht ist. Deutlich zu sehen ist auch, dass sich in den Dichtungsnuten 26, also zwischen Sensorkopf 23 und Sensorgehäuse 2, die Dichtungsringe 26 befinden, die ein Austreten des Öls verhindern sollen. Der Sensorflansch 27 ist in einer Abstufung 28 positioniert und wird durch mindestens eine Schraube 29 gegen die Abstufung 28, also gegen das Sensorgehäuse 2, gedrückt, wodurch ein Festsitz gewährleistet wird.
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Die besondere Ausführungsform der Sensoreinrichtung 1 ermöglicht eine sehr einfache und bedienungsfreundliche Wartung. Bei einem Ausfall eines Sensorelements 21, kann dieses, nach dem Entfernen des Gehäusedeckels 10, der Platine 8 sowie Lösen der Schrauben 29, einfach herausgezogen werden. Eine Demontage eines Stufenschalterdeckels oder gar das Öffnen eines Hochspannungstransformators entfällt bei diesen Wartungsarbeiten. Ein Kontakt zwischen der Umgebung und dem Öl kommt nicht zu Stande bzw. nur bei herausgenommenem Sensorelement 21 über die Öffnung 20. Ein neues Sensorelement 21 kann auf einfachste Weise wieder eingesetzt werden. Dieser Aufbau der Sensoreinrichtung 1 erlaubt es somit defekte Sensorelemente auf einfachste Weise auszutauschen, zu überprüfen bzw. requalifizieren und sogar Sensorelemente mit anderen Messeigenschaften einzusetzen, solange diese dieselben Abmessungen beim Sensorkopf und beim Sensorflansch aufweisen. Es wird eine Art universelle Schnittstelle für die Erfassung von Daten aus dem Inneren eines Hochspannungsgerätes und insbesondere der Eigenschaften des Füllmediums (Öl) bereitgestellt.
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Durch den besonders großen Klemmenraum 7 in Verbindung mit dem Gehäusedeckel (10), ist das Verdrahten eines neuen Sensorelements 21 sehr einfach. Das einfache Lösen aller Teile durch einfache Schrauben ermöglicht ein schnelles und präzises Arbeiten mit einfachsten Werkzeugen. Sofern das Sensorelement (21) und Platine (8) bereits zusammengefügt sind, sind die Wartungsarbeiten besonders schnell und einfach durchführbar.
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Das im Vergleich zum Stand der Technik sehr fein ausgebildete Thermoelement 21 kann schneller auf Temperaturänderungen im Öl reagieren und liefert somit zuverlässigere und genauere Daten. Das Schutzrohr 18 schützt das Thermoelement 21 vor mechanischen Einwirkungen. Durch die besonders großen Bohrungen 19 am unteren Ende des Schutzrohrs 18, wird jedoch stets ein kontinuierlicher und großflächiger Kontakt zum Öl gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoreinrichtung
- 2
- Sensorgehäuse
- 3
- Wandung
- 4
- Öffnung
- 5
- Sprengring
- 6
- Dichtungsring
- 7
- Klemmenraum
- 8
- Platine
- 9
- Klemmenblock
- 10
- Gehäusedeckel
- 11
- Schraube
- 12
- Nut
- 13
- Dichtungsmittel
- 14
- Öffnung
- 15
- Abschnitt
- 16
- Auffangnut
- 17
- Innenwand
- 18
- Schutzrohr
- 19
- Bohrung
- 20
- Öffnung
- 21
- Sensorelement
- 22
- Fühler
- 23
- Sensorkopf
- 24
- Anschlussleitung
- 25
- Dichtungsnuten
- 26
- Dichtungsring
- 27
- Sensorflansch
- 28
- Abstufung
- 29
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0957349 B1 [0002]
- DE 7318558 U [0003]
