DE2454669C3

DE2454669C3 - Einrichtung zur Messung der im Betriebszustand örtlich auftretenden Temperaturen an und in Bauteilen von elektrische Hochspannung führenden Geräten

Info

Publication number: DE2454669C3
Application number: DE19742454669
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 8500 Nuernberg Reiplinger
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1974-11-19
Filing date: 1974-11-19
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE2454669A1; DE2454669B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der im Betriebszustand örtlich auftretenden Temperaturen an und in Bauteilen von elektrischen Anlagen, insbesondere Transformatoren und Drosselspulen, wobei ein Lichtstrahlenbündel durch eine am Meßpunkt angeordnete, lichtundurchlässige, bezüglich ihrer Stellung temperaturabhängige Blende teilweise abgedeckt ist und wobei ein Lichtmeßgerät das Verhältnis der von der Blende durchgelassenen Lichtmenge bezogen auf die zugeführte Lichtmenge mißt.

Im Hinblick auf Bestrebungen um eine möglichst wirtschaftliche Ausbitdung elektrischer Einrichtungen for Hochspannung ist man bemüht, die Abmessungen und die Gewichte von diesen Einrichtungen, insbesondere bei Transformatoren für Hoch- und Höchstspannungen, so klein wie möglich zu halten und den eingesetzten Werkstoff an allen Stellen voll auszunutzen. Dazu ist es erforderlich, die Temperaturen der einzelnen wichtigen Stellen der aktiven und der tragenden Teile dieser Einrichtungen im Betriebszustand oder im betriebsmäßigen Zustand im PriCfeld zu

ίο messen.

Zu diesem Zweck praktizierte Verfahren erfordern metallische oder andere stromleitende Bestandteile sowohl in den eigentlichen Meßfühlern als auch in den Verbindungsleitungen zwischen den Meßstellen und den

is Anzeigegeräten. Aufgrund der erforderlichen Abstände zwischen unterschiedliches Potential führenden Teilen in Hochspannungsgeräten, wie beispielsweise Hochspannungstransformatorwicklungen, ist die Verwendung von Einrichtungen mit zusätzlichen stromleitenden Bestandteilen ausgeschlossen. Aus diesem Grund sind die sogenannten »hot spots« an betriebsmäßig belasteten Höchstspannungstransformatoren bisher nicht experimentell ermittelt oder nachgewiesen.

Durch die deutsche Auslegeschrift 12 70 835 ist

inzwischen eine Einrichtung für derartige Messungen bekannt Gemäß dieser Einrichtung sind an den Meßstellen mit einem Meßmedium gefüllte Kammern vorgesehen, die das Meßmedium in gut wärmeleitender Verbindung zum Meßpunkt halten und andererseits von der übrigen Umgebung wärmetechnisch isolieren. Zur Durchführung einer Messung wird das Meßmedium durch eine besondere Rohrleitung aus sowohl wärmeals auch elektrizitätsisolierendem Werkstoff schwallweise oder kontinuierlich durch eine Saugpumpe zu einem Thermometer gefördert Diese Methode ist jedoch verhältnismäßig aufwendig und insbesondere bei längeren Rohrleitungen, die sich bei größeren Geräten zwangsweise ergeben, nicht sehr genau.

Außerdem ist durch die DE-PS 3 75 444 eine

Temperaturfernanzeigevorrichtung bekannt, bei der ein von einer elektrischen Lampe gesendetes Lichtstrahlenbündel durch ein optisches System auf eine Selenzelle trifft Dabei kann der im wesentlichen frei durch Luft verlaufende Strahlengang durch den Ausdehnungskörper eines Thermometers unterbrochen werden, so daß die in der Selenzelle erzeugte Spannung verändert wird. Die Verwendung einer derartigen Anordnung in Transformatoren scheitert aber schon an deren Ölfüllung, deren Lichtdurchlässigkeit stark schwankt

so Abgesehen davon können mit dieser bekannten Vorrichtung die wirklich kritischen Meßpunkte infolge der labyrinthartig aufgebauten Isolierwände auch beim Einsatz von Spiegeln Prismen und dergleichen nicht erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Temperaturmessung für Bauteile von elektrischer Hochspannung führenden, im Betrieb befindlichen Geräten zu schaffen, die eine wirtschaftliche und möglichst genaue Temperaturmessung ohne

ω Verschlechterung der Geräteisolation ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadu/ch gelöst, daß sich der Meßpunkt im Bereich von an Hochspannung liegenden Bauteilen befindet, daß das Lichtstrahlenbündel von Lichtleitern aus Glasfasern geführt und in einer unmittelbar am Meßpunkt vorgesehenen Unterbrechung der Lichtleiter durch die Blende teilweise abgedeckt ist, und daß das Lichtstrahlenbündel von

si außen in den bochspannungsbeeinflußten Bereich

hineingeführt und der von 4er Blende durchgelesene

|i Teil des Licbtstrahlenbündels wieder aus diesem

jl Bereich herausgeführt ist

B Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist

vorgesehen, daß bei Verwendung der Flüssigkeitssäule

g in einem Thermometer als Blende die Flüssigkeitssäule

und das gläserne Thermometer L-förmig sind, wobei der

S längere Schenkel einen größeren Querschnitt hat als der

Ι kürzere und eng an der Meßstelle anliegt und wobei der

kürzere Schenkel von dem Lichtstrahlenbündel durchdrungen ist Dabei hat zweckmäßig das Thermometer in dem von dem Lichtstrahlenbündel durchdrungenen Bereich in Strahlrichtung einen sehr engen und quer zur Strahlenrichtung einen sich mindestens über das ganze Lichtstrahlenbündel erstreckenden Hohlraum für die Flüssigkeitssäule.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die Enden der Lichtleiter an der Unterbrechung für die Blende nebeneinander liegen und daß der von der Blende durchgelassene Teil das Lichtstrahlenbündels durch Spiegelung von der Achse des i!as Licht zuführenden Lichtleiters in die Achse des das Licht wieder zurückführenden Lichtleiters umgelenkt ist Dabei liegen gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Enden der Lichtleiter an der Unterbrechung achsparallel nebeneinander und ist das Lichtstrahlenbündel durch einen V-förmig gebogenen Spiegel oder ein Prisma umgelenkt

Die Erfindung ist sehr vorteilhaft, weil sie mit einfachen Mitteln eine sehr genaue Temperaturmessung an praktisch beliebigen Stellen innerhalb von im Betrieb befindlichen. Hochspannung führenden Geräten ermöglicht, ohne dabei die Güte der Isolierung zu beeinträchtigen. Eine Beeinträchtigung wird insbesondere dadurch vermieden, daß alle verwendeten Bauteile eine annähernd gleiche Dielektrizitätskonstante haben, die im Bereich der übrigen verwendeten Werkstoffe liegt. Die Genauigkeit der Messung ist dadurch gewährleistet, daß die eigentliche Temperaturmessung direkt am Meßpunkt erfolgt Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch wirtschaftlich, weil die verwendeten Lichtleiter auf beliebigen Wegen durch das Gerät und aus diesem herausgeführt werden und ihre Länge nur eine sehr untergeordnete Rolle spielt.

Ausführu-igsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine in eine aufgeschnittene Transformatorwickiung eingebaute Meßeinrichtung,

F i g. 2 die Draufsicht ac-f eine andere Meßeinrichtung und

F i g. 3 die Seitenansicht der Meßanordnung gemäß F i g. 2 eingebaut in den Kühlkanal einer Transformatorwicklung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In einem Kühlkanal 8 einer Wicklung 1 eines nicht näher dargestellten Transformators ist ein Thermometer 2 angeordnet. Das Thermometer 2 ist quer zu seiner Längsrichtung L-förmig gebogen und mit seinem längeren und gleichzeitig auch dickeren Schenkel an einer Wicklungsstelle befestigt, deren Temperatur zu messen ist Der Querschnitt des längeren Schenkels des Thermometers 2 ist langgestreckt, so daß die Breite ein Vielfaches der S'.ärke ist. Der kürzere und von der Befestigungsebene abgebogene Schenkel des Thermometers 2 ist ebenfalls ιι/'λγ breit, aber dünner als der befestigte Schenkel und dient zur Anzeige der gemessenen Temperatur, Die sieh in dem Thermometer

2 ausdehnende Flüssigkeitssäule j_S{ lichtundurchlässig, wobei als Ausdehnungsflüssigkeit beispielsweise Transformatorenöl eingesetzt ist

Der kurze, in den Kühlkanal 8 vorstehende Schenkel des Thermometers 2 ragt in den Strahlengang eines Lichtstrahlenbündels hinein, das durch einen Lichtleiter

3 an das Thermometer 2 herangeführt und über einen Lichtleiter 4 weitergeleitet ist Dabei befinden sich sowohl der Anfang des Lichtleiters 3 zusammen mit einer ihm zugeordneten Lichtquelle 6 als auch das Ende des Lichtleiters 4 und ein davor angeordnetes Lichtmeßgerät 7 außerhalb des Hochspannung führenden elektrischen Geräts. Eine Gehäusewand 5 dieses Gerätes ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet

Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 liegen die dem Thermometer 2 benachbarten Ender, der Lichtleiter 3 und 4 auf einer gemeinsamen Achse, so daß ein aus dem Lichtleiter 3 austretendes Lichtstrahlenbündel ohne besondere Maßnahmen von dem Lichtleiter 4 aufgenommen und weitergeleitet wird. Dagegen liegen die dem Thermometer 2 benachbarten Enden der Lichtleiter 3 und 4 bei der Anordnung gemäß den F i g. 2 und 3 achsparallel nebeneinander. Bei dieser Anordnung wird daher das aus dem Lichtleiter 3 austretende Lichtstrahlenbünbcl durch zweimalige Spiegelung an einem V-förmig gebogenen Spiegel 9 so umgelenkt daß es in den Lichtleiter 4 eindringen kann. Anstelle eines V-förmig gebogenen Spiegels 9 kann auch ein entsprechend geschliffenes Prisma zur Umlenkung des Lichtstrahlenbündels vorgesehen sein.

Das durch Temperaturschwankungen bewegte Ende der Flüssigkeitssäule in den Thermometerröhrchen liegt bei beiden Ausführungsbeispielen im Bereich des den abgewinkelten kurzen Schenkel des Thermometers 2 durchdringenden Lichtstrahlenbündels. Demzufolge wird von der Flüssigkeitssäule bei niedriger Temperatur nur sehr wenig oder überhaupt nichts von dem Lichtstrahlenbündel, bei steigender Temperatur dagegen ein zunehmender Anteil des Lichtstrahlenbündels abgeblendet so daß das Verhältnis von der durchgelassenen zur zugeführten Lichtmenge eine Funktion der am Thermometer 2 herrschenden Temperatur darstellt. Entsprechend sind die Lichtquelle 6 und das Lichtmeßgerät 7 aufeinander abgestimmt so daß auf einer im Lichtmeßgerät 7 vorgesehenen Skala die Temperatur direkt ablesbar ist

Um den Einfluß von im Kühlkanal 8 vorhandener, möglicherweise trüber Kühlflüssigkeit auf das Meßergebnis auszuschließen, ist es vorteilhaft, das Thermometer 2, die diesen benachbarten Enden der Lichtleiter 3 und 4 sowie den evtl. vorhandenen V-förmig gebogenen Spiegel 9 zu kapseln und den Innenraum beispielsweise mit trockener Luft oder mit einer nicht trübenden Flüssigkeit zu füllen.

Bei nicht gekapselten Einrichtungen liegen dem abgewinkelten kurzen Schenkel des Thermometers 2 die Enden der Lichtleiter 3 und 4 und bei einer Ausführung entsprechend den F i g. 2 und 3 anstelle des Spiegels 9 ein Prisma unmittelbar an, so daß das Lichtstrahlenbündel auch hierbei die in dem Kühlkanal 8 vorhandene Kühlflüssigkeit nicht zu durchdringen braucht Auch bei einer nicht gekapselten Ausführungsform sind jedoch die Enden der Lichtleiter 3 und 4 mit dem Thermometer U.und gegebenenfalls auch mit dem vorgesehenen Prisma mechanisch fest verbunden. An den Meßstellen ist also jeweils nur der lange Schenkel des Thermometers 2 zu befestigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Messung der im Betriebszustand örtlich auftretenden Temperaturen an und in Bauteilen von elektrischen Anlagen, insbesondere Transformatoren und Drosselspulen, wobei ein Uchtstrahlenbündel durch eine am Meßpunkt angeordnete, lichtundurchlässige, bezüglich ihrer Stellung temperaturabhängige Blende teilweise abgedeckt ist und wobei ein Lichtmeßgerät das Verhältnis der von der Blende durchgelassenen Lichtmenge bezogen auf die zugeführte Lichtmenge mißt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Meßpunkt im Bereich von an Hochspannung liegenden Bauteilen (1) befindet, daß das Lichtstrahlenbündel von Lichtleitern (3, 4) aus Glasfasern geführt und in einer unmittelbar am Meßpunkt vorgesehenen Unterbrechung der Lichtleiter (3, 4) durch die Blende teilweise abgedeckt ist, und daß das Lichtstrahlesbündel von außen in den hochspannungsbeeinHüöten Bereich hineingeführt und der von der Blende durchgelassene Teil des Lichtstrahlenbündels wieder aus diesem Bereich herausgeführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung der Flüssigkeitssäule in einem gläsernen Thermometer als Blende; dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer (2) L-förmig ist, wobei der längere Schenkel einen größeren Querschnitt hat als der kürzere und eng an der Meßstelle anliegt und wobei der kürzere Schenkel von dem Lichtstrahlenbündel durchdrungen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer (2) in dem von dem Lichtstrahlenbündel durchdrungnen Schenkelbereich in Strahlrichtung einen sehr engen und quer zur Strahlrichtung einen sich mindestens über das ganze Lichtstrahlenbündel erstreckenden Hohlraum für die Flüssigkeitssäule hat

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Lichtleiter (3, 4) an der Unterbrechung für die Blende nebeneinander liegen und daß der von der Blende durchgelassene Teil des Lichtstrahlenbündels durch Spiegelung von der Achse des das Licht zuführenden Lichtleiters (3) in die Achse des das Licht wieder zurückführenden Lichleiters (4) umgelenkt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Lichtleiter (3,4) an der Unterbrechung achsparallel nebeneinander liegen und das Lichtstrahlenbündel durch einen V-förmig gebogenen Spiegel (9) oder ein Prisma umgelenkt ist.