DE2234648C3 - Anordnung zur Bestimmung der höchsten Öltemperatur in Transformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der höchsten öltemperatur in Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich ist die Lebensdauer eines Transformators im wesentlichen von der höchsten vorkommenden Mehrere Vorsehläge zur Messung der öltemperatur sind bereits bekannt Nach einem Vorschlag wird das öl von der obersten Schicht der Wicklung, wo es, wie man annimmt, die höchste Temperatur hat und auch öl, das die oberen Teile des Eisenkerns passiert, zu einer gemeinsamen Meßstelle mit einem Thermometer geleitet Dabei treten jedoch mehrere Unsicherheitsfaktoren auf. Die Meßgenauigkeit ist davon abhängig, daß das öl auf seinem Weg von der Wicklung zu der Meßstelle nicht von kälterem öl an dem Rohr abgekühlt wird. Das öl wird einer einzigen, sehr begrenzten Stelle der Wicklung entnommen, örtlich vorkommende Temperaturerhöhungen außerhalb der ölentnahmestelle werden nicht registriert

Weiter ist es bekannt eine Sonde, die eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt enthält in der Schicht der Wicklung zu placieren, in der man die höchste Temperatur erwartet und mittels einer Rohrleitung den von der Temperatur in der Sonde abhängigen Dampf-

druck zu einem Manometer außerhalb des Transformators zu leiten. Auch diese Meßmethode ist mit dem Nachteil behaftet daß die Messung nur an einem einzigen Punkt der Wicklung erfolgt Für solche Meßsysteme wird eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt verwen-

det der niedriger ist als die öltemperatur Es herrscht somit ein Druck in dem Meßsystem, der höher ist als der Öldruck. Tritt ein Leck in dem Meßsystem auf, so wird die darin enthaltene Flüssigkeit in das öl gedrückt und mit diesem vermischt was nicht erwünscht ist und die Isolationsfestigkeit gefährden kann. Das Risiko für Transformatorfehler bei solchen Fehlern im Meßsystem wächst mit zunehmender Transformatorspannung. Beispielsweise aus dem Buch F. L ί e η e w e g, »Tem-

peraturmessung«, 1950, S. 13 bis 18, ist über Flüssigkeitsthermometer im allgemeinen bekannt das Fühlglied und das Verbindungsrohr mit einer Flüssigkeit zu füllen, deren Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der des Materials des Fühlgliedes ist Der Betrieb sol eher Thermometer erfolgt üblicherweise unterhalb des Siedepunktes, und das Verbindungsrohr wird so dimensioniert daß seine Meßfehler verursachende Einwirkung auf das Meßergebnis vernachllssigbar klein ist Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu

Temperatur des Öls und der isolation, der sogenannten

ölhöchsttemperatur bzw. der »hot spot«-Temperatur 45 gründe, eine Anordnung zur Bestimmung der höchsten

abhängig. Die Alterung, die hauptsächlich eine Herabsetzung der mechanischen Festigkeil der Isolation und ein chemisches Abbauen des Öls zur Folge hat nimmt sehr schnell zu, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt Bis zu einem gewissen Grad verschlechtert sich auch die elektrische Festigkeit durch die Alterung. Die höchste öltemperatur tritt in der obersten Schicht einer Wicklung auf, nachdem das öl alle wärmeabgebenden Teile passiert hat Die »hot spot«-Temperatur tritt im Spinnpapier auf, wo dieses in dem Teil der Wicklung, in dem das das Spinnpapier umgebende öl die höchste Temperatur hat Kontakt mit dem Leitermaterial hat. Unter Spinnpapier versteht man die Papierisolation, mit der der Leiter umsponnen ist. Die »hot spot«-Temperatur tritt wie aus dem Namen hervorgeht an relativ begrenzten Stellen auf und entzieht sich daher einer direkten Messung. Sie kann aber mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden, wenn die höchste öltemperatur bekannt ist.

Um einen Transformator mit der gewünschten Lebensdauer bauen zu können, ist es daher von großer Bedeutung, die vorkommenden höchsten öltemperaturen feststellen zu können.

Öltemperatur in einem Transformator zu entwickeln, bei der die oben et läuterten Fehilereinflüsse auf das Meßergebnis und die Gefahren für die Betriebssicherheit des Transformators der bekannten Meßanordnun- gen praktisch ausgeschaltet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs genannten Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen des fcrfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist das Volumen der Flüssigkeit die in dem Fühlglied und zu einem geringen, praktisch vemachlilssigbaren Teil auch in dem Verbindungsrohr enthalten ist abhängig von der öltemperatur an der Stelle, an der sich das Fühlglied befindet Die bei einer Temperaturänderung auftretende Änderung des Flüssigkeitsvolumens wird durch das Verbindungsrohr auf das Meßgerät übertra gen und von diesem registriert oder angezeigt. Die Skala des Meßgerätes ist zweckmäßigerweise in Temperaturgraden geeicht Da das System nach dem Prinzip arbeitet das der öltemperatur entsprechende VoIu-

_Wen der Flüssigkeit in dem Fühlgüed zu messen, herrscht im Prinzip kein Oberdruck in dem Meßsystem, und da die verwendete Flüssigkeit Transformatoröl ist, bedeutet ein eventuelles Leck im Meßsystem kein Risiko für die Isolationsfestigkeit des Transformators.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausfühningsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fi g.1. einen Vertikalschnitt durch den .oberen Teil einer Transformatorwicklung,

F i g. 2 einen Horizontalschnitt längs der linie H-Il in Fig. 1,

F i g. 3,4 und 5 drei Ausfuhrungsformen von Meßgeräten, die in der Anordnung nach der Erfindung verwendet werden können. ,₅

F i g. 1 zeigt den oberen Teil einer Transformatorwicklung, die aus mehreren Wicklungsscheiben 1 besteht, die auf bekannte Weise aufeinander angeordnet und durch isolierende radial gerichtete Zwischenlagen

3 voneinander getrennt sind, so daß das öl zwischen den einzelnen Scheiben passieren kann. Die Erfindung kann bei allen für Transformatoren bekannten Wicklungsarten verwendet werden. Auf den Zwischenlagen

3', die auf der obersten Wicklungsscheibe 1' liegen, liegt ein ringförmiger Kragen 4, der an der dem Kernschenkel 5 oder einer Nachbarwicklung zugewandten Seite mit einem kurzen rohrförmigen Teil 6 nach unten gebogen ist Auf dem Kragen 4 liegt eine Anzahl weiterer radial gerichteter Zwischenlagen 3' und auf diesen ein zweiter Kragen 7 mit einem auf der Außenseite der Wicklung nach unten gebogenen rohrförmigen Teil 8. Auf diesem zweiten Kragen 7 liegt der für alle Wicklungen um einen Schenkel gemeinsame Ring 9, der auf seiner den Wicklungen zugewandten Seite ein Anzahl radial gerichteter Anschläge 10 hat, so daß sich radiale ölkanäle zwischen dem Ring 9 und dem oberen Kragen 7 bilden. Zwischen dem Kernschenkel und der Wicklung ist ein Zylinder 11 eingesetzt, der an den beiden Enden der Wicklung so nahe wie möglich an den rohrförmigen Teil 6 anschließt Ein zweiter Zylinder 12 ist außerhalb der Wicklung angeordnet, und dessen beide Enden schließen so nahe wie möglich an den rohrförmigen Teil 8 des Kragens 7 an. Die Kragen 4 und 7 sowie die Zylinder U und 12 bestehen aus isolierendem Material, z. B. Preßspan, und sind in erster Linie dazu bestimmt die elektrische Isolation zwischen der Wicklung und dem Eisenkern zu verstärken. Sie bilden aber auch einen Strömungskanal für das öl um die Wicklung, und die Kragen bilden eine labyrinthförmige Führung für das öl im oberen Teil der Wicklung. Das öl, so das an der Wicklung nach oben strömt und dabei erwärmt worden ist und das sich am obe-en Ende der Wicklung an der Innenseite der Wicklung befindet, d. h. links von der Wicklung in F i g. 1, wird von dem Kragen

4 und dessen rohrförmigem Teil gezwungen, zwischen den Zwischenlagen 3' radial nach ai'ßen zu strömen. Am äußeren Ende des Kragens 4 trifft dieses öl mit dem öl zusammen, das sich auf der Außenseite der Wicklung befindet, und vereinigt sich mit diesem zu einem einzigen ölstrom, der von dem oberen Kragen 7 und dessen rohrförmigen Teil 8 gezwungen wird, einwärts zum Zentrum der Wicklung zu strömen, d.h. nach links in der Figur. Dort wird dieses heiße öl, das von der Wicklung erwärmt worden ist, mit anderem öl gemischt, das mit einer anderen Wicklung oder mit *5 dem Kernschenkel in Kontakt gewesen ist und eine andere Temperatur haben kann. Aus dem beschriebenen Verlauf geht hervor, daß das wärmste öl in jeder einzelnen Wicklung sich dort befindet wo das öl die oberste Schicht der Wicklung verläßt und noch nicht über das Kragensystem mit anderem öl vermischt ist

Um die Temperatur dort zu messen, wo das öl am wärmsten ist wird mindestens ein Fühlglied 2 in dem Bereich angeordnet, wo sich nach den obigen Ausführungen das wärmste öl befindet Gemäß F i g. 1 und 2 ist das Fühlgüed an der oberen und äußeren Kante des oberen Kragens 7 placiert Das Fühlgüed besteht aus einem an einem Ende verschlossenen Rohr aus elektrisch isolierendem Material. Das Fühlglied steht mit seinem anderen Ende über ein weiteres Rohr 13 in Verbindung mit einem Meßgerät das zweckmäßigerweise außerhalb des Transformatorgehäuses 14 angeordnet ist wie in F i g. 3, 4 oder 5 gezeigt wird. Das Verbindungsrohr 13 verläuft von dem Fühlglied zuerst radial einwärts zum Zentrum der Wicklung zwischen zwei Zwischenlagen 3'. An der Innenseite der Wicklung wird das Rohr nach oben um die Innenkante des oberen Kragens 7 gebogen und danach radial nach außen aus der Wicklung herausgeführt Diese Verlegung des Rohres 13 hat den Vorteil, daß keine Löcher in den Kragen 4 und 7 erforderlich sind und die Isolationsfestigkeit durch die Kragen nicht verschlechtert wird. Da das Fühlglied radial gesehen außerhalb der Enden der Zwischenlagen 3 placiert ist kann das temperaturabtastende Fühlgüed eine Länge haben, die nahezu gleich dem äußeren Umfang der Wicklung ist Das Fühlgüed kann auch unter dem unteren Kragen 4 angeordnet werden, und zwar in der Krümmung, wo der Kragen in den nach unten gerichteten rohrförmigen Teil 6 übergeht.

Das Fühlglied kann auch aus einem oder mehreren Teilen bestehen, die zwischen zwei radial angeordneten Zwischenlagen 3 placiert sind, wie in F i g. 2 gezeigt wird, wo ein Fühlgliedteil mit 2' bezeichnet ist Die Teile des Fühlgliedes können dann entweder zwischen der obersten Wicklungsscheibe 1' und dem Kragen 4 oder zwischen den Kragen 4 und 7 placiert werden. Bei dieser letzteren Ausführungsform kann das Fühlgüed eine andere Form als die eines Rohres haben; es kann z. B. die Form einer kreisförmigen platten Dose od. dgl. haben.

Sowohl das Fühlgüed als auch das Rohr zwischen Fühlgüed und Meßorgan sollten einen möglichst niedri gen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Das Fühlglied ist ganz mit einer Flüssigkeit gefüllt, die einen möglichst großen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, damit das Fühlgüed möglichst empfindlich wird. Auf jeden Fall muß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit größer als der des Fühlgliedmaterials sein. Der Siedepunkt der Flüssigkeit muß höher sein als die höchste vorkommende öltemperatur, damit keine Dampfbildung in dem System auftritt. Die in dem Fühlgüed eingeschlossene Flüssigkeit muß der hohen elektrischen Feldstärke widerstehen können, die in der obersten Schicht der Wicklung herrscht. Außerdem darf sie die elektrischen Eigenschaften des Transformatoröls nicht verschlechtern, wenn ein Leck in dem Fühlgüed oder dem Rohr auftritt, das den Meßwert von dem Fühlgüed zu dem Meßorgan überträgt, so daß sich die Flüssigkeit mit dem Transformatoröl mischt. Daher ist es zweckmäßig, Transformatoröl in dem Fühlgüed zu verwenden. Der Ölstrom, der normalerweise in dem Verbindungsrohr 13 auftritt, ist relativ klein, so daß dieses Rohr einen kleinen Durchmesser haben kann. Außerdem wird das Rohr in der Regel auf dem kürzesten Weg zu dem Meßorgan außerhalb des Transformators verlegt. Dies alles führt dazu, daß das Flüssig-

keitsvolumen in dem Rohr klein ist und in der Regel vernachlässigbar im Vergleich zu dem gesamten Flüssigkeitsvolumen des Systems. Daher ist, falls ein Teil des Rohres 13 von öl umgeben ist, das kühler als an der Meßstelle ist, die dadurch verursachte gesamte Volumenverminderung des Öls in dem System vernachlässigbar, so daß die von dem Meßorgan gemessene Volumenänderung der Flüssigkeit in dem System praktisch ein direktes Maß für die öltemperatur an der Stelle ist, wo sich das Fühlglied befindet.

Bei steigender Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit im Fühlglied aus. Die Volumenausdehnung setzt sich durch das Rohr 13 zu dem Meßorgan fort. Gemäß F i g. 3 besteht das Meßorgan aus einem U-förmigen Rohr 15, kombiniert mit einer Skala 16, die in Temperaturgraden gericht ist Gemäß F i g. 4 endet das Rohr 13 in einem Balg 17, der mit einem Zeiger 18 verbunden ist der auf einer Skala 19 die Temperatur anzeigt F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Meßorgans. Auf der freien Flüssigkeitsoberfläche liegt ein Körper 20 aus magnetischem Material. Eine Wicklung 2t umschließt das Rohr 15 und ist mit einer Stromquelle 22, z.B. einem Hochfrequenzgenerator, und einem Meßinstrument 23 in Reihe geschaltet Wenn der Körper 20 in das Magnetfeld der Wicklung kommt, ändert sich die Reaktanz der Wicklung, und das Instrument gibt einen Ausschlag. Eventuell kann das Meßorgan gemäß F i g. 3 mit dem in F i g. 5 kombiniert werden, wobei das letztere als Alarmorgan verwendet werden kann, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt der von der Lage der Wicklung 21 bestimmt wird. Das Organ kann auch zum Steuern des Schalters der Kühlanordnung des Transformators verwendet werden. Auch andere Typen von druckempfindlichen Instrumenten können verwendet werden, z.B. solche, die mit einem Bourdonrohr arbeiten. In der Praxis muß man damit rechnen, daß sowohl das Fühlglied als auch der Schlauch 13 sich etwas ausdehnen und daß außerdem die Flüssigkeit in dem Schlauch 13 eine etwas niedrigere Temperatur hat als die Flüssigkeit in dem Fühlglied. Das Meßorgan muß daher mit Rücksicht darauf

ίο kalibriert werden.

Das Fühlglied 2 mit Verbindungsrohr 13 wird bei der Herstellung der Wicklung eingelegt und kann danach nicht entfernt werden. Da aber beide Teile aus Isoliermaterial bestehen und mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die dem elektrischen Feld widersteht haben sie keinen Einfluß auf die Spannungsfestigkeit des Transformators.

Bei einer genauen Messung bei der Wärmeprüfung, die als Kontrolle vor Lieferung ausgeführt wird, kann man ein Thermoelement durch das Verbindungsrohr 13 und des rohrförmigen Fühlgliedes einführen. Das Thermoelement befindet sich dann an dem Platz, wo die öltemperatur am höchsten ist Da die Wärmeprüfung mit kurzgeschlossenem Transformator durchgeführt wird, bleiben die Spannungen so niedrig, daß man ohne Risiko ein metallisches Thermoelement einführen kann. Dagegen ist es undenkbar, diesen metallischen Gegenstand als Meßgerät während des Betriebes zu verwenden. Das Thermoelement kann als Eichinstrument für die während des normalen Betriebes verwendeten Meßgeräte dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Bestimmung der höchsten Öltemperatur in Transformatoren, bestehend aus einem temperaturabtastenden Fühlglied in Form eines hohlen geschlossenen Körpers, der an oder in unmittelbarer Nähe der Stelle in einer der obersten Schichten einer Wicklung angeordnet ist, an der die öltemperatur am höchsten ist, und einer Verbindung in Form eines Rohres von dem Fühlglied zu einem Meßgerät außerhalb des Transformators, wobei sowohl das Fühlglied als auch das Verbindungsrohr mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Transformator^* ist und daß sowohl das Fühlgüed (2, *") ab auch das Verbindungsrohr (13) aus elektrisch nichtleitendem Material besteht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlglied (2) in dem System von Kragen (4, 7) und Zwischenlagen (3]i angeordnet ist, das in an sich bekannter Weise den ölfluß am oberen Ende der Wicklung steuert

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Fühlglied aus einem an einem Ende verschlossenen Rohr besteht das gebogen und so angeordnet ist daß es zu einem möglichst großen Teil von öl umspült wird, das die Wicklung passiert und daß das andere Ende des Rohres an das Verbindungsrohr (13) zwischen dem Fühlgüed (2) und dem Meßgerät angeschlossen ist

4. Anordnung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet daß der Geber aus mehreren Teilgebern (2') besteht die parallel an das Verbindungsrohr (13) angeschlossen sind.