DE2745217A1

DE2745217A1 - Temperaturmesseinrichtung fuer transformatoren und drosselspulen

Info

Publication number: DE2745217A1
Application number: DE19772745217
Authority: DE
Inventors: Willibald Ing Felber; Elmar Dipl Ing Dr Te Woschnagg
Original assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Current assignee: Andritz Hydro GmbH Austria
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1978-04-13
Also published as: ATA748076A; NL7710975A; FR2367279A1; US4201089A; SE7711244L; JPS5352476A; FR2367279B1; GB1566777A; AT345014B; IT1087677B; CH618510A5

Description

NT ANWALT H

_n,._{t ig77}

2 7 Λ

O-CHiM i-ilJBEW £ 2 7 Λ 52 1

REINtRPRItTSCH MÜNCHEN 2 1 GOTTHARDSTR.81

ELIN-UNION Aktiengesellschaft für elektrische Industrie in Wien, Österreich

"Temperaturmeßeinrichtung für Transformatoren und Drosselspulen"

809815/0796

Die Erfindung betrifft eine Teniperaturmeßeinrichtung für Transformatoren und Drosselspulen, insbesondere für deren unter Spannung stehende Teile, unter Verwendung einer mit dem hinsichtlich seiner Temperatur zu überwachenden Teil in gutem thermischen Kontakt stehenden, ölgefüllten Kammer als Wärmefühler, von der mindestens eine als Steigrohr ausgebildete Leitung durch den Transfornatordeckel führt.

Ein besonderes Anliegen des Daues und des Betriebes von Transformatoren ist die Beherrschung der für die Lebensdauer des Öles und der festen Isolation maßgebenden Erwärmungsprobleme, wobei es besonders auch darauf ankommt, die durch sogenannte Wärmenester, in der Fachsprache hot-spots genannt, thermisch besonders gefährdeten Teile einer Wicklung hinsichtlich ihrer Temperatur überwachen zu können. Die HauptSchwierigkeit einer solchen Temperaturüberwachung liegt darin, daß es sich um die thermische Überwachung von auf hoher Spannung liegenden Wicklungsteilen handelt, für die also übliche, mit einem Widerstandselement als Sensor arbeitende Temperaturfühler nicht angewendet werden können.

Bisher wurden die nachstehend geschilderten Wege vorgeschlagen, von denen der eine auch in der Patentliteratur seinen Niederschlag· gefunden hat(OE-PS 256.505, DT-PS 1,270.835, CH-PS 452.69I und eine Reihe weiterer korrespondierender Patente). Er sieht als Meßfühler flache Kammern aus Isolierstoff vor, die in die Kühlkanäle der Wicklung mit gutem Wärmekontakt zur Isolierung der zu überwachenden Wicklungsteile eingesetzt werden, die mit dem Öl des Kühlkanales kommunizieren und über einen biegsamen Isolierschlauch mit einer außerhalb des Bereiches der Hochspannung liegenden Kammer verbunden sind, die ein Thermoelement enthält. Über eine Pumpe wird in bestimmten Zeitintervallen das Öl aus der genannten Kammer abgesaugt und zwar so rasch, daß es praktisch ohne Abkühlung zu dem Thermoelement gelangt und somit dpie Temperatur des Öles in der Kammer gemessen werden kann. Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz eines mit dem zu überwachenden Wicklungsteil in gutem thermischen Kontakt stehenden Quarzkristalles zur Steuerung eines RC-Oszillators auszunützen, dessen Ausgang verstärkt einen Energiewandler speist, welcher

8098 15/0796 -2-

Ultraschallsignale abstrahlt, die von einem an der Transformatorkesselwand vorgesehenen Empfänger aufgenommen und in eine Temperaturanzeige umgeformt werden. Nach einem dritten Vorschlag wird ein Thermistor als Temperaturfühler vorgesehen, der den Ausgang eines ihm zugeordneten Oszillators steuert. Dieser Oszillator moduliert seinerseits wieder die Frequenz eines weiteren, von einem Quarzkristall gesteuerten Oszillators, dessen Ausgang über eine Antenne abgestrahlt wird. Eine an der Kesselwand montierte Empfangsantenne ist mit einem Frequenz-Stromumformer verbunden, dessen Ausgang ein Temperaturanzeigegerät speist (Electrical Review, 7· Juni 1974, S, 647 bis 65O). Schließlich sei zum Stand der Technik auch noch die unmittelbare Messung der höchsten Öltemperatur mit Hilfe eines am oberen Ende einer Transformatorwicklung vorgesehenen Teflon-Schlauches erwähnt. Dieser Teflon-Schlauch ist an einem Ende abgeschlossen und mündet an anderen Ende in einen dünneren, durch den Transformatorkessel geführten Teflon-Schiaueh. Der gesamte Teflon-Schlauch ist mit einem bestimmten Ölvoluinen gefüllt, welches zufolge seiner Lage im obersten Teil des Transformatorkessels die Temperaturschwankungen des heißesten Transormatoröles mitmacht. Die daraus resultierenden PegelSchwankungen in dem durch den Transformatorkessel geführten Teil des Teflon-Schlauches oder die daraus resultierenden Druckschwarikungen an Ende des genannten Schlauches dienen als Indikator für die Temperatur des Öles im obersten Teil des Transformatorkessels und ermöglichen Rückschlüsse auf die thermische Belastung des Transformators (siehe CIGRE International Conference on Large High Tension Electric Systems, 1972 Session, 28 August - 6 September, Paper 12-02 "Hot spot and top-oil temperatures. Probposal for a modified heat specification for oil immersed power transformers")

Eine Temperaturmeßeinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DT-PS Nr. 526 732 bekannt. Diese Temperaturmeßeinrichtung kann bei der heute angewandten Technologie jedoch nicht mehr verwendet werden. Dies vorallem deshalb nicht, da die für dieses Meßverfahren benötigte Ölmenge sehr groß ist, wodurch auch die Abmessungen des Ölbehälters entsprechend groß sein müssen. Ein großer Ölbehälter ist aber in den heute üblichen Spaltbreiten zwischen

-4-

809815/0796

den Spulen nicht mehr einbaubar. Daß eine relativ große Ölnenge bei dieser Meßmethode Verwendung findet, geht daraus hervor, daß die im Ölbehälter befindliche Ölmenge weit größer sein muß als die in Steigrohr befindliche, da ansonsten der durch die im Steigrohr erfolgte Clausdehnung sich in das Meßergebnis einschleichende Fehler nicht mehr vertretbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dem Umstand der kleinen Spaltbreiten Rechnung zu tragen und trotzdem eine zuverlässige Meßmethode zu schaffen. Die vorliegende Erfindung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß dieser Leitung mindestens eine weitere, an ihrem kanunerseitigen Ende unmittelbar vor der Kammer abgeschlossene, mit Öl gefüllte Leitung parallel geführt ist und daß das aus dem Transformatorkessel mittels dieser beiden Leitungen herausgeführte Cl das Dielektrikum zweier, vorzugsweise zylindrischer Kondensatoren bildet, deren mit den Pegelschwankungen des Dielektrikum veränderliche Kapazitäten minteinander vergleichbar und zur Temperaturerfassung auswertbar sind.

Mit der erfindungsgemäßen Temperaturmeßeinrichtung ist es erstmals möglich, daß die Bemessung der Ölmenge im Ölbehälter nicht von der in den Rohren befindlichen Öl;nenge abhängig ist, da die Ölausdehnung im Rohr keinen Einfluß auf das endgültige Meßergebnis ausübt. Die Ölausdehnung im Steigrohr wird durch die in der zweiten, parallel geführten Leitung befindliche Ölmenge erfaßt und durch die externe Meßeinrichtung in Abzug gebracht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die kleine Bauweise des Ölbehälters das Teniperaturbild nicht gestört und der WicklungsfUlifaktor nicht verändert wird.

An Hand der beiliegenden Zeichnung wird der erfindungsgemäße Vorschlag zur hot-spot-Temperaturüberwachung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung ist mit 1 ganz schematisch die Transformatorwicklung, im allgemeinen eine mit radialen und axialen Kühlspalten versehene Scheibenspulenwicklung angedeutet und mit 2 ein in an sich bekannter Weise kammerartig ausgebildeter

Wärmefühler, der in einem thermisch besonders gefährdeten

8098*15/0796 ~⁵~

V/icklungsteil ähnlich einem Distanzstück in einem radialen oder axialen Kühlkanal mit gutem Wärmekontakt zur Wicklungsisolation angeordnet ist. Diese Kammer ist (zum Unterschied zur gemäß CE-PS 256.5O5 vorgesehenen Kammer) gegen das sie umgebende Transformatoröl abgeschlossen, doch führt von ihr eine Schlauchleitung 3a durch den Transformatordeckel in einen zwischen zwei Kondensatorbelägen liegenden, vorzugsweise zylindrischen Raum 6·. Parallel zur Schlauchleitung 3a verläuft eine Schlauchleitung 3b mit gleichem Querschnitt, die aber am kammerseitigen Ende geschlossen ist. Auch sie mündet, den Transformatordeckel durchsetzend in einen zwischen zwei Kondensatorbelägen liegenden, vorzugsweise zylindrischen Raum 6". Beide Schlauchleitungen sind ölgefüllt, wobei der Ülstand bis in die genannten Zylinderräume der beiden Kondensatoren reicht. Somit bildet das öl der Schlauchleitungen das Dielektrikum für diese Kondensatoren, ein Dielektrikum mit einem mit der hot-spot-Temperatur un:l zum Teil auch mit der Durchschnittstemperatur des Transformatoröles schwankenden Pegelstand.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur hot-spot-Temperaturüberwachung ist wie folgt. Das in der Kammer 2 eingeschlossene Öl wird praktisch die Temperatur des benachbarten Wicklungski^pfers annehmen. Das öl in den beiden Schlauchleitungen nimmt die Temperatur des sie umgebenden Trahsformatoröles an. Hatten also im kalten Zustand des Transformators die Zylinderräume der beiden Kondensatoren gleiche Pegelstände, so weichen letztere im Betrieb voneinander ab, da das Kammeröl höhere Temperatur annimmt und sich dementsprechend stärker ausdehnt als die Ölsäulen in den beiden, der durchschnittlichen Öltemperatur ausgesetzten Schlauchleitungen 3a und 3b. Die schwankenden Pegelstände des Dielektrikums in den beiden Kondensatoren bedeuten natürlich auch schwankende Kapazitätswerte der Kondensatoren, die in einer für den Fachmann

naheliegenden Weise etwa in einer Brückenschaltung miteinander verglichen werden können und deren Differenz ein Maß für den Unterschied zwischen hot-spot-Temperatur und durchschnittlicher Transformatoröltemperatur darstellt und solchermaßen zur Anzeige der hot-spot-Temperatur und/oder zu einem eine gefährliche Übererwärmung anzeigenden Signal verwendet werden kann. Wie leicht zu erkennen ist,

-6-

809815/0796

dient die Schlauchleitung 3b zur Kompensation für die im Schlauch 3a aus den Schwankungen der Ölterap ratur resultierende Öldehnung.

809815/0796

e e r s e ι t e

Claims

-/■

Patentanspruch

Temperaturaeßeinrichtung für Transformatoren und Drosselspulen, insbesondere für deren unter Spannung stehende Teile, unter Verv.endung einer mit dem hinsichtlich seiner Temperatur zu überwachenden Teil in gutem thermischen Kontakt stehenden, ölgefüllten Kanuner als Wärmefühler, von der mindestens eine als Steigrohr ausgebildete Leitung durch den Transformatordeckel führt, dadurch gekennzeichnet, c'aß dieser Leitung nu.ndestens eine weitere, an ihrem kammerseitigen Ende unmittelbar vor der Kammer abgeschlossene, mit Cl gefüllte Leitung parallel geführt ist und daß das aus dem Transformatorkessel mittels dieser beiden Leitungen herausgeführte Öl das Dielektrikum zv/eier, vorzugsweise zylindrischer Kondensatoren bildet, deren mit den Pegelschwankungen des Dielektrikum veränderliche Kapazitäten miteinander vergleichbar und zur Teraperaturerfassung auswertbar sind.

80981 5/0796

ORIGINAL INSPECTED