DE202017103181U1

DE202017103181U1 - Device for thermal monitoring of cable connections

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Publication number: DE202017103181U1
Application number: DE202017103181.0U
Authority: DE
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2027-05-27

Abstract

Vorrichtung zur thermischen Überwachung von Kabelverbindungen, wobei mindestens ein Temperatursensor (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorhalter (1) in einem Kabelbündel von wenigstens drei Kabeln (3) so angeordnet ist, dass der Temperatursensor (2) zwischen den Kabeln (3) mittig platziert ist.Device for thermal monitoring of cable connections, wherein at least one temperature sensor (2) is provided, characterized in that a sensor holder (1) is arranged in a cable bundle of at least three cables (3) such that the temperature sensor (2) between the cables ( 3) is placed in the middle.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Überwachung von Kabelverbindungen, beispielsweise von Leistungskabelverbindungen und Kabelanschlüssen, Insbesondere in Windenergieanlagen.The invention relates to a thermal monitoring of cable connections, for example of power cable connections and cable connections, in particular in wind turbines.

Die in Windenergieanlagen durch die Rotation des Rotors erzeugte mechanische Energie wird über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Leistungskabel transportieren die elektrische Energie vom Generator durch den Turm zu einem elektrischen Anschluss am der Windenergieanlage, welcher sich gewöhnlich im Fuß des Turms befindet, Wegen der großen Ströme, die durch die hohe Leistung moderner Windenergieanlagen bedingt sind, verlaufen oft zahlreiche Leistungskabel nebeneinander im Turm. Bei der Verwendung von Dreiphasenwechselstrom sind dabei in der Regel drei Leistungskabel zu einem Bündel zusammengefasst. Neben den Anschlussstellen am Generator und im Bereich des Turmfußes können aufgrund der großen Höhe der Türme weitere Verbindungsstellen notwendig sein.The mechanical energy generated in wind turbines by the rotation of the rotor is converted by a generator into electrical energy. Power cables carry the electrical energy from the generator through the tower to an electrical outlet on the wind turbine usually located in the base of the tower. Because of the large currents required by the high performance of modern wind turbines, numerous power cables often run side by side in the tower. When using three-phase alternating current usually three power cables are combined into a bundle. In addition to the connection points on the generator and in the area of the base of the tower, additional connecting points may be necessary due to the large height of the towers.

Fehlerhafte Leistungskabelverbindungen und Kabelanschlüsse, bedingt durch fehlerhafte Herstellung, Konfektionierung, Verlegung oder Betrieb der Leitung, können in den parallel verlegten Kabeln bzw. deren Verbindungsstellen zu einer Temperaturerhöhung führen oder gar Feuer auslösen, was den Verlust der Windenergieanlage zur Folge haben kann.Faulty power cable connections and cable connections, due to faulty manufacture, assembly, installation or operation of the cable, can lead to an increase in temperature or even trigger fire in the parallel laid cables or their connection points, which can result in the loss of the wind turbine.

Seit vielen Jahren werden Bimetallschalter eingesetzt, um z.B. Wicklungen in Motoren und Generatoren zu überwachen. Einige Energieversorger nutzen mittlerweile Kabel mit integrierten Sensoren zur Temperaturüberwachung. Kabelverbindungen und Kabelanschlüsse werden als sichere Systeme erachtet. In Windenergieanlagen werden Kabelverbindungen oft im Rahmen jährlicher Inspektionen mittels Thermographie kontrolliert.For many years bimetallic switches have been used, e.g. Monitor windings in motors and generators. Some utilities now use cables with integrated temperature monitoring sensors. Cable connections and cable connections are considered safe systems. In wind turbines, cable connections are often controlled by means of thermography during annual inspections.

Die DE 102012218067 A1 betrifft die Überwachung eines mehrere elektrische Leitungen umfassenden Leitungsstrangs in Windenergieanlagen. Die Temperatur aller zu überwachender Leitungen wird in Längsrichtung des Strangs an der gleichen Stelle mittels eines temperaturabhängigen Messwiderstands gemessen, insbesondere an einer Anschluss- oder Messstelle im Turmkopf oder im Turmfuß. Dazu sind alle Leitungen auf einer Klemmvorrichtung zusammengefasst und für jede Leitung ist ein Temperatursensor, ebenfalls auf der Klemmvorrichtung, angeordnet. Es wird die absolute Temperatur wenigstens von zwei der elektrischen Leitungen gemessen und die Temperaturdifferenz der Leitungen zueinander messtechnisch ermittelt. Weichen zwei Temperaturen um mehr als eine vorbestimmte Grenze voneinander ab, wird ein Fehler signalisiert.The DE 102012218067 A1 relates to the monitoring of a multi-wire wiring harness in wind turbines. The temperature of all lines to be monitored is measured in the longitudinal direction of the strand at the same point by means of a temperature-dependent measuring resistor, in particular at a connection or measuring point in the tower head or in the tower base. For this purpose, all lines are combined on a clamping device and for each line is a temperature sensor, also on the clamping device arranged. The absolute temperature of at least two of the electrical lines is measured and the temperature difference of the lines relative to one another is determined by measurement. If two temperatures deviate from each other by more than a predetermined limit, an error is signaled.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es fehlerhafte Kabelverbindungen und Kabelanschlüsse rechtzeitig zu erkennen und gegebenenfalls die elektrische Anlage abzuschalten, um einen möglichen Kabelbrand zu verhindern. Die thermische Überwachung der Kabelverbindungen soll einfach, nachrüstbar und kostengünstig sein.The object of the invention is to detect faulty cable connections and cable connections in good time and if necessary to switch off the electrical system in order to prevent a possible cable fire. The thermal monitoring of the cable connections should be simple, retrofittable and inexpensive.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Die Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen dargelegt.The solution of the problem is carried out with a device according to the main claim. The embodiments are set forth in the subclaims.

Leistungskabelverbindungen und Kabelanschlüsse können durch äußere Anbringung von definierten Temperatursensoren, beispielsweise Bimetall-Sensoren, thermisch überwacht werden. Die Sensoren lassen sich mittels Reihenschaltung in beliebiger Anzahl verschalten und durch eine Störmeldezentrale überwachen. Die Störmeldezentrale verfügt über einen potenzialfreien Schaltkontakt, wodurch sich das Überwachungssystem problemlos in bestehende Steuerungen integrieren lässt. Je nach Art der Sensoren-Verdrahtung und der zur Verfügung stehenden Alarmeingänge einer Störmeldezentrale lassen sich einzelne Kabelverbindungen oder ganze Kabelsektionen überwachen und im Fehlerfall diagnostizieren.Power cable connections and cable connections can be thermally monitored by externally mounting defined temperature sensors, such as bi-metal sensors. The sensors can be interconnected by series connection in any number and monitored by a fault message center. The fault message unit has a potential-free switching contact, which makes it easy to integrate the monitoring system into existing control systems. Depending on the type of sensor wiring and the available alarm inputs of a fault message center, individual cable connections or entire cable sections can be monitored and diagnosed in the event of a fault.

Bei einer Vorrichtung zur thermischen Überwachung von Kabelverbindungen ist mindestens ein Temperatursensor vorgesehen, der mit Hilfe eines Sensorhalters in einem Kabelbündel von wenigstens drei Kabeln mittig zwischen den Kabeln platziert ist. Dadurch ist nur ein Temperatursensor notwendig, um alle nebeneinander, in enger Nachbarschaft zueinander befindliche Verbindungen eines Kabelbündels zu überwachen.In a device for the thermal monitoring of cable connections, at least one temperature sensor is provided which is placed centrally between the cables by means of a sensor holder in a cable bundle of at least three cables. As a result, only one temperature sensor is necessary to monitor all side by side, in close proximity to each other connections of a cable bundle.

Der Sensorhalter besteht bevorzugt aus einem dreikantigen, langgestreckten Formteil mit einem gleichseitigen Querschnitt.The sensor holder preferably consists of a triangular, elongated molding with an equilateral cross section.

Weiter bevorzugt weist der Sensorhalter an seinen drei Längsseiten teilzylinderförmige Ausnehmungen auf, in die jeweils ein Kabel eingelegt ist. Dadurch ist der Sensorhalter an die gewöhnlich kreiszylindrische Form von Kabeln angepasst und erhält eine große Kontaktfläche zu jedem einzelnen Kabel des Bündels, wodurch eine gute Wärmeübertragung gewährleistet wird. Weiterhin ist eine mittig zum Querschnitt des Sensorhalters angeordnete Öffnung vorgesehen, die den Temperatursensor aufnimmt.More preferably, the sensor holder on its three longitudinal sides partially cylindrical recesses, in each of which a cable is inserted. As a result, the sensor holder is adapted to the usually circular-cylindrical shape of cables and receives a large contact surface with each individual cable of the bundle, whereby a good heat transfer is ensured. Furthermore, a centrally arranged to the cross section of the sensor holder opening is provided, which receives the temperature sensor.

Besonders bevorzugt besteht der Sensorhalter aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere kommen Keramik, Metalle oder Silikon in Frage.Particularly preferably, the sensor holder consists of a material with good thermal conductivity. In particular, ceramics, metals or silicone come into question.

Mit dieser Überwachung können auch Kabelanschlüsse wie Kabelschuhe, Anschlussschienen, usw. thermisch überwacht werden. Dazu stehen Temperatursensoren, wie Bimetallschalter, mit diversen Anschlussmöglichkeiten und benötigten spannungsdurchschlagsfesten Isolierungen zur Verfügung.With this monitoring, cable connections such as cable lugs, connecting rails, etc. can also be thermally monitored. For this purpose, temperature sensors, such as bimetallic switches, with various connection options and required voltage breakdown proof insulation are available.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Hierzu zeigen

1 eine schematische Anordnung eines Temperatursensors in einem Kabelbündel,
2 einen erfindungsgemäßen Sensorhalter,
3 eine Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung.

The invention will be explained in more detail with reference to figures. Show this

1 a schematic arrangement of a temperature sensor in a cable bundle,
2 a sensor holder according to the invention,
3 a circuit arrangement for temperature monitoring.

Für eine thermische Überwachung von Kabelverbindungen soll hier ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung eines Temperatursensors, insbesondere eines Bimetallschalters (OH-Relais), näher erläutert werden.For a thermal monitoring of cable connections an embodiment for an arrangement of a temperature sensor, in particular a bimetallic switch (OH relay) will be explained in more detail here.

Die erfindungsgemäße Temperaturüberwachung wird an Verbindungstellen von Kabeln 3 durchgeführt, welche in Dreierbündeln angeordnet sind. (1) Im Kabelbündel ist ein einzelner Temperatursensor 2 mittig platziert. Der Temperatursensor 2 hat eine Auslösetemperaturschwelle von beispielsweise 90°C ±5K. Der Temperatursensor 2 ist durch einen Sensorhalter 1 in Form eines Körpers aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit geschützt. Als Material kann beispielsweise Keramik, Metall, Silikon oder ähnliches verwendet werden.The temperature monitoring according to the invention is at connection points of cables 3 performed, which are arranged in triplets. ( 1 ) In the cable bundle a single temperature sensor 2 is placed in the middle. The temperature sensor 2 has a trip temperature threshold of, for example, 90 ° C ± 5K. The temperature sensor 2 is through a sensor holder 1 protected in the form of a body made of a material with a high thermal conductivity. As a material, for example, ceramic, metal, silicone or the like can be used.

Der Sensorhalter 1, welcher in 2 dargestellt wird, ist ein dreikantiges, langgestrecktes Formteil mit einem gleichseitigen Querschnitt. An allen drei Seiten sind axial teilzylinderförmige Ausnehmungen eingearbeitet, in welchen jeweils ein Kabel 3 eingelegt werden kann. Mittig im Sensorhalter 1 ist eine innere Öffnung 4 zur Aufnahme für den Temperatursensor 2 vorgesehen. Dadurch wird der Temperatursensor 2 genau mittig zwischen den Kabeln 3 platziert. Die Öffnung 4 ist an die äußere Form des Temperatursensors 2 angepasst, muss also nicht rechteckig sein, sondern kann auch eine andere Form haben, z. B. rund.The sensor holder 1 which is in 2 is shown, is a triangular, elongated molding with an equilateral cross-section. On all three sides axially part-cylindrical recesses are incorporated, in each of which a cable 3 can be inserted. Center in the sensor holder 1 is an inner opening 4 for receiving the temperature sensor 2 intended. This will cause the temperature sensor 2 right in the middle between the cables 3 placed. The opening 4 is adapted to the outer shape of the temperature sensor 2, so does not have to be rectangular, but may also have a different shape, eg. B. round.

In 3 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 zur Temperaturüberwachung. Die Anordnung weist eine Auswerteeinheit 20 auf, die als Störmeldezentrale fungiert und mit der die Temperatursensoren 2 an den Leistungskabeln über Leiter verbunden sind. Die Auswerteeinheit 20 hat eine begrenzte Zahl an Eingängen, daher werden mehrere Temperatursensoren 2 einer Ebene in Reihe geschaltet, so dass in einer Ebene alle Kabel-Stränge durch eine Reihe 11... 15 von Temperatursensoren 2 vollständig überwacht werden. Die Auslösung eines Temperatursensors 2 in einer Reihe 11...15 wird durch eine dauerhafte Störmeldung 22 an die Betriebssteuerung der Windenergieanlage signalisiert. Die Betriebssteuerung löst daraufhin geeignete Maßnahmen aus, beispielsweise eine Meldung an eine Überwachungszentrale, Reduzierung der Leistung der Anlage oder Abschaltung der Anlage.In 3 shows a circuit arrangement 10 for temperature monitoring. The arrangement has an evaluation unit 20 on, which acts as a fault message center and with the temperature sensors 2 are connected to the power cables via conductors. The evaluation unit 20 has a limited number of inputs, so there are several temperature sensors 2 a layer connected in series, so that in one plane all cable strands through a row 11 ... 15 of temperature sensors 2 are completely monitored. The triggering of a temperature sensor 2 in a row 11 ... 15 is caused by a permanent fault message 22 signaled to the operation control of the wind turbine. The operating control then triggers suitable measures, for example, a message to a monitoring center, reducing the performance of the system or shutdown of the system.

Die Störmeldung 22 kann nur manuell vor Ort quittiert werden. Um die Position des auslösenden Temperatursensors 2 zu ermitteln, wird die betreffende Ebene bzw. Turm-Sektion durch eine LED an der Störmeldezentrale signalisiert. In der betroffenen Turm-Sektion ist dann der auslösende Temperatursensor 2 zu ermitteln. Dies kann z. B. mittels nachträglich angebrachter Temperaturmessstreifen oder Thermografie nach erneutem Windenergieanlagen-Betrieb erfolgen. Nach Ermittlung der betreffenden schadhaften Leistungskabelverbindung werden Maßnahmen zur Abstellung durchgeführt (z. B. Verbinder- oder Kabeltausch).The fault message 22 can only be confirmed manually on site. To the position of the triggering temperature sensor 2 To determine, the relevant level or tower section is signaled by an LED on the fault message center. In the affected tower section is then the triggering temperature sensor 2 to investigate. This can be z. B. by means of retrofitted temperature measuring strips or thermography after renewed wind turbine operation. After the faulty power cable connection has been determined, measures are taken to switch it off (eg connector or cable replacement).

Die Anzahl der zu überwachenden Kabelverbindungen ist abhängig vom der Anzahl der Turm-Sektionen, in denen Leistungskabelverbindungen erstellt wurden. In jedes Dreierbündel von Leistungskabelverbindungen werden die Temperatursensoren 2 an den Kabelverbindungen montiert und in Reihe geschaltet. Um eine lückenlose Temperaturüberwachung zu erreichen, muss dies an jeder betreffenden Kabelverbindungsstelle durchgeführt werden. Für die Verkabelung der Temperatursensoren ist eine Silicon-Schlauchleitung als Steigleitung vorgesehen, von welcher, über eine Abzweigdose eine Stichleitung zu den Sensoren führt. Die Störmeldezentrale ist in einem Schaltschrank untergebracht.The number of cable connections to be monitored depends on the number of tower sections in which power cable connections have been made. In each triple bundle of power cable connections are the temperature sensors 2 mounted on the cable connections and connected in series. To achieve a complete temperature control, this must be done at each relevant cable connection point. For the wiring of the temperature sensors a silicone hose line is provided as a riser, from which, via a junction box a stub leads to the sensors. The fault message center is housed in a control cabinet.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012218067 A1 [0005]

Claims

Device for thermal monitoring of cable connections, wherein at least one temperature sensor (2) is provided, characterized in that a sensor holder (1) is arranged in a cable bundle of at least three cables (3) such that the temperature sensor (2) between the cables ( 3) is placed in the middle.

Device after Claim 1 , characterized in that the sensor holder (1) consists of a triangular, elongated molding with an equilateral cross-section.

Device after Claim 2 , characterized in that the sensor holder (1) on its three longitudinal sides axial partially cylindrical recesses, in each of which a cable (3) is inserted, and a cross-sectionally arranged centrally opening (4) for receiving the temperature sensor (2)

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor holder (1) consists of a material having a high thermal conductivity.

Device after Claim 4 characterized in that the sensor holder made of ceramic, metal or silicone.