DE2406778A1

DE2406778A1 - Anordnung zur messung der wicklungstemperatur elektrischer maschinen mittels thermoelementen

Info

Publication number: DE2406778A1
Application number: DE19742406778
Authority: DE
Inventors: Per Hedvall; Wolfgang Lampe; Erick Dr Phil Spicar
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-02-13
Publication date: 1975-02-20
Also published as: CA1012379A; US3927570A; SE370793B

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Missling 63 lessen 5.2.1974

Dipl.-Ing. Richard Schiee Bismarckstrasee 43

^₁ lu-D ι Telefon: C0641) 71019

Dr.-Ing. Joachim Boecker

124Ό6778

Allmänna Svenska Blektriska Aktiebolaget Västeras/ Schweden

Anordnung zur Messung der Wicklungstemperatur elektrischer Maschinen mittels Thermoelementen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Temperatur in Wicklungen elektrischer Maschinen, wie z.B. Transformatoren oder umlaufende Maschinen, mittels Thermoelementen.,

line Vorausseizing dafür, daß ein Transformator seine erwartete Lebensdauer erreicht, besteht darin, daß die Temperatur des Öls und der Wicklungen bestimmte genormte Werte nicht übersteigt. Es-ist daher notwendig, sowohl die höchste Öltemperatur als auch die höchste Wicklungstemperatur, die sogenannte hot-spot-Temeratur, messen und kontinuierlich überwachen zu können.

Die höchste Öltemperatur tritt am oberen Ende der Wicklung auf, dort wo das Öl die Wicklung verläßt. Zur Messung dieser Temperatur sind Meßanordnungen bekannt. Die hot-spot-Temperatur,d.h. die höchste vorkommende Temperatur, ist dagegen schwierig.zu messen und zu überwachen, da sie normalerweise innerhalb der Wicklung auftrirt. In Scheibenwicklungen beispielsv/eise tritt

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sie gewöhnlich in einer der mittleren Windungen in der obersten Scheibe auf. Dies hat seinen Grund nicht nur darin, daß die obersten Scheiben am schlechtesten gekühlt werden, da das Öl hier am heißesten ist, sondern auch darin, daß radiale Streufelder zusätzliche Verluste verursachen, und zwar vor allem in den obersten Scheiben und am stärksten in der obersten Scheibe. Der Grund dafür, daß innerhalb der Scheibe die Temperatur in den mittleren Windungen am höchsten ist, besteht darin, daß diese Yfindungen aufgrund ihrer Lage in der Scheibe am schlechtesten gekühlt werden.

An Anordnungen zum Hessen der hot-spot-Temperatur wird die Forderung gestellt, daß die Messung durchgeführt werden kann, ohne von den elektrischen oder magnetischen Feldern beeinflußt zu werden und ohne daß die Meßanordnungen ihrerseits die genannten Felder stört. Ferner darf die Heßanordnung nicht von Stoßversuchen oder anderen Versuchen, wie beispielsweise Untersuchungen von partiellen Entladungen, beeinflußt werden oder ihrerseits diese Versuche beeinflussen. Der Meßfehler soll + 2⁰C nicht übersteigen, und Temperaturen bis zu ungefähr 180⁰C sollen möglichst mit unmittelbarem Ausschlag meßbar sein. Der eigentliche Meßkörper soll sehr wenig Platz beanspruchen und passiv sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Messung der hot-spot-Temperatur zu entwickeln, die

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die eben genannten Voraussetzungen erfüllt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die wärme Lötstelle des Thermoelementes an der -Meß st eile, auf dem Leiter der Wicklung befestigt ist und daß die Zuführungen des Thermoelementes auf dem genannten Leiter und dem Anschlußleiter der Wicklung befestigt sind und dem letzteren aus dem Inneren der Maschine heraus an'eine Stelle folgen, an der eine definierbare Temperatur herrscht und die kalte Lötstelle angeordnet ist.

Da die aus der Maschine herauszuführenden Zuleitungen von Thermoelementen sehr dünn und biegsam sind, können sie dem aus dem Inneren der Maschine herausgeführten Anschlußleiter, für die Wicklung folgen, ohne den hierfür vorgesehenen Raum merkbar in Anspruch zu nehmen. Dank der geringen Abmessungen der. genannten Leiter, ihrer Anordnung im "Verhältnis zu den Stromleitern der Maschine sowie, der von ihnen geführten sehr geringen Leistung, ist sowohl der Einfluß der Meßanordnung auf. die elektrischen und magnetischen Felder, wie auch der Einfluß der genannten Felder auf .die Meßanordnung vernachlässigbar.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: ......

Fig. 1 eine Prinzipskizze über die räumliche Anordnung des Meßinstrumentes und der Zuführungen des

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Thermoelementes,
Fig. 1a eine alternative Anordnung des Meßinstrumentes,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Wicklungsleiter mit den Zuführungen des Thermoelementes,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Scheibe einer Scheibenwicklung mit der Anordnung des Thermoelementes.

Figur 1 zeigt einen Teil eines Eisenkerns in einem Transformator mit oberem Joch 1 und zwei Schenkeln 2 und 3. Der rechte Schenkel 3 trägt eine Scheibenwicklung 4, von der nur die zwei obersten Scheiben gezeigt sind. Eine Durchführung 5 ist am Deckel 6 des Transformators befestigt. Der zentrale Leiter 7 der Durchführung ist mittels eines biegbaren Anschlußleiters 8 an die oberste Scheibe der Wicklung angeschlossen. Das als Meßglied dienende Thermometer liegt mit seiner warmen Lötstelle 9 in der obersten Scheibe, von der man in diesem Fall annimmt, daß sie die höchste Temperatur hat. In Figur 1 ist gezeigt, wie die Zuführung 10 des Thermoelementes, die der Einfachheit halber als einzelner Leiter dargestellt ist, von der Meßstelle 9 in der obersten Scheibe ausgeht, dem Anschlußleiter 8 und dem zentralen Leiter 7 der Durchführung bis zur Spitze der Durchführung folgt, von wo sie an ein temperaturanzeigendes Instrument 11 geführt wird. Al-

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ternativ kann die Lötstelle 9 in der zweitobersten Scheibe untergebracht werden, wenn man erwartet, daß diese die höchste Temperatur annimmt. ¥enn der zentrale Leiter 7 der Durchführung aus einem Rohr besteht, so verläuft der Anschlußleiter 8 durch ein feldfreies Gebiet in die Durchführung.

Wie Fig. 1 zeigt, kann das Instrument 11 innerhalb der Spitzenkappe 16 angeordnet sein, dio auf bekannte Art auch andere Instrumente enthält, wie Ölstandsanzeiger 17, Öltemperaturgeber usw. Die Instrumente sind vor einem Fenster in der Kappe'angeordnet und stören daher nicht das elektrische Feld. Das Ablesen der Instrumente kann auf bekannte Art vorgenommen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Fernrohrs.

In der Spitzenkappe wird auch die kalte Lötstelle des Thermoelementes untergebracht. Da der Ausschlag des Meßinstrumentes 11 ■ proportional dem Unterschied zwischen der Temperatur der.warmen und der kalten Lötstelle ist, muß die Temperatur der kalten Lötstelle bekannt sein. Zu diesem Zweck enthält die Kappe auch ein Thermometer 18, welches die Temperatur der kalten Lötstelle anzeigt. Eventuell kann die Meßanordnung mit einer an sich bekannten. Vorrichtung versehen werden, die automatisch den Ausschlag des Instrumentes 11 mit Rücksicht auf Temperaturänderungen in der kalten Lötstelle kompensiert.

Entsprechend einer anderen Ausführungsform können das Instrument 11, das Thermometer 18, die kalte Lötstelle des Thermoelements und

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in vereinzelten Fällen die obengenannte Kompensationsanordnung in einer separaten Kappe 19 untergebracht werden, die oberhalb dar Spitzenkappe 16 angeordnet ist, wie es Fig. 1a zeigt.

Der zentrale Leiter 7 der Durchführung geht dann sowohl durch die Spitzenkappe 16 als auch durch die Kappe 19, und die Anschliißspitze 20 der Durchführung befindet sich oberhalb der Kappe' 19.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab einen Querschnitt durch einen Leiter 12 in der Scheibenwicklung. Die beiden Zuführungen 10
des Thermoelementes sind auf einer Seite des Leiters 12 angeordnet. Zwischen den Zuführungen 10 und dem Leiter 12 ist eine schwach halbleitende Isolation 13 vorgesehen. Das Ganze wird von der
Leiterisolation 14 umschlossen, wodurch die Zuführungen 10 im Verhältnis zum Leiter 12 verankert werden. Die schwach halbleitende Isolierung hat den Zweck, eine bessere Spannungsfestigkeit gegenüber Stoßbeanspruchungen sicherzustellen. Alternativ kann eine kräftige kapazitive Schaltung vorgesehen v/erden, um einen Ausgleich der Stoßspannungen zu erreichen.

Gemäß einer anderen Ausführung wird der Leiter 12 der Wicklung als ein Teil des Thermoelementes benutzt. Dabei wird nur eine Zuführung für das Thermoelement benötigt, und .diese wird am
Meßpunkt an den Leiter gelötet, wodurch die warme Lötstelle gewonnen wird.

Der Abschnitt des Wicklungsleiters, der das Thermoelement enthält,

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wird im voraus präpariert, gleichgültig ob das Thermoelement auf einer Fläche unter der Isolation oder in einem ausgekerbten oder hohlen Leiter angeordnet ist. Bei der Wicklungsherstellung wird das präparierte Leiterstück hart eingelötet, um den obersten Teil der Wicklung zu bilden.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt der Wicklungsscheibe, die die Meßstelle trägt. Die Scheibe besteht im gezeigten Fall aus sechs Windungen, und die Meßstelle 9 liegt mitten in der Scheibe, wobei die Zuführungen 10 dem Leiter 12 zur Meßstelle folgen. Oberhalb und unterhalb der Scheibe sind Isolationsstücke 15 angeordnet, die Distanzelemente zu benachbarten Scheiben bilden.

Mit einer Anordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, während des Betriebs die hot-spot Temperatur kontinuierlich zu überwachen, und zwar entweder durch kontinuierliche Registrierung oder mittels einer Anordnung, die bei zu hoher Temperatur ein Signal gibt. Diese ermöglicht eine langfristige Überwachung sowie eine Überwachung der noch zu erwartenden Lebensdauer des Transformators durch eine Zusammenstellung von Zeit und Temperatur. Eine Überwachung der Überlast wie auch eine Anzeige thermischer Überlastung kann angeordnet werden.

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Claims

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Patentansprüche;

;1.J Anordnung zur Messung der Temperatur in Wicklungen elektrischer Haschinen, wie ζ.B. Transformatoren oder umlaufende Maschinen, mittels Thermoelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die warme Lötstelle (9) des Thermoelementes an der Meßstelle auf dem Leiter (12) der Wicklung befestigt ist und daß die Zuführungen (10) des Thermoelementes auf dem genannten Leiter und dem Anschlußleiter (8) der Wicklung befestigt sind und dem letzteren aus dem Inneren der Maschine heraus an eine Stelle folgen, an der eine definierbare- Temperatur herrscht und die kalte Lötstelle angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zuführung (10) des Thermoelementes aus dem Wicklungsleiter (12) besteht und daß die andere Zuführung des Thermoelementes am Wicklungsleiter an dem Punkt (9) festgelötet ist, wo die Temperatur gemessen werden soll..
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwach halbleitende Isolation (13) zwischen dem Wicklungsleiter (12) und der Zuführung des Thermoelementes angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kräftige kapazitive Schaltung zwischen dem Wicklungsleiter und der Zuführung des Thermoelementes vorhanden ist.

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5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (10) des Thrmoelenientes dem Anschlußleiter (8) der Wicklung durch die für diesen vorgesehene Durchführung (5) folgt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturmessendes Instrument (11) in der Nähe der kalten Lötstelle angeordnet ist, vorzugsweise in einer an der Maschine vorhandenen Spitzenkappe (16) auf den Durchführungen (5) für die Anschlußleiter (8) der Wicklung.

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