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Einrichtung zum Anzeigen des Erwärmungszustandes einer Dynamomaschine
oder eines Transformators. Die Erfindung bezieht sich auf solche mit einem Meßgerät
versehene, zur Anzeige des Erwärmungszustandes einer Dynamomaschine oder eines Transformators
dienende Einrichtungen, bei denen mit dem Meßgeräte ein Widerstandselement von hoher
Temperaturziffer und ein Widerstand von der Temperaturziffer Null'in einer Wheatstoneschen
Brückenschaltung zusammengeschaltet sind. Die Erfindung bezweckt, Einrichtungen
dieser Art derart zu vervollkommnen, daß sie in solchen Fällen, in denen sich die
Erwärmung in ganz
verschiedener `'eise auf die einzelnen Teile der
I-.ynamomaschine oder des Transformators verteilt, jederzeit ein zutreffendes Bild
von dem jeweiligen l:urchsclinitt";crwärmurigsztistande geben, der zur Beurteilung
der weiteren Belastbarkeit herangezogen werden kann. Unzulässige Erwärmung der einzelnen
lieiLesten Stellen kann dabei durch andere bekannte Mittel verhindert oder angezeigt
werden. Per Mittelwert der Erwärmung wird gemäß der Erfindung dadurch ermittelt,
daß mit dem Widerstandselemente von hoher Temperaturziffer ein zweites, an einem
anderen Punkte der Eynamomaschine oder des Transformators angeordnetes, gleichartiges
Widerstandselement innerhalb .iesselben Brückenzweiges hintercinandergeschaltet
ist.
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Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindtingsgegenstandcs
schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i das Schaltungsschema des ersten
Ausführungsbeispieles, Abb. 2 einen Längsschnitt durch eine Einzelheit der Abb.
i, Abb. 3 einen Schnitt nach 3-3 der Abb. 2 Abb. a einen Längsschnitt durch eine
abgeänderte Ausführungsform der in Abb. 2 dargestellten Einzelheit und die Abb.5
und 6 die Schaltungsschemata des zweiten und dritten Ausführungsbeispiele-s. Es
soll zunächst das erste Ausführungsbeispiel (Abb. i bis ,) beschrieben werden. An
dem feststehenden Magnetgestelle A eines Gleichstromerzeugers A B (Abb. i) sind
zwei aus einem Stoffe von hoher Temperaturziffer hergestellte Widerstandselemente
C und Cl befestigt. Jedes dieser Widerstandselemente (Abb. 2 und 3) besteht aus
einem Drahte von bestimmter Länge, der auf einer Glimmerplatte c2 zu einem Pakete
aufgewickelt ist. Durch einen an zwei Seiten offenen flachen Kasten c«' aus Glimmer
ist das Paket vor Berührung mit stromleitenden Körpern geschützt.
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An den Eraht C sind zwei Leitungen c4 und c7' angeschlossen, von denen
die eine, c4, zu der glitte des Drahtes C und die andere, c5, zu den miteinander
verbundenen Enden des Drahtes C führt. Das Widerstandselement Cl ist genau so ausgebildet
wie das Widerstandselement C und mit diesem durch die bereits erwähnte Leitung c5
in Reihe geschaltet. Eie Leitung c5 führt dabei zu der Mitte des Drahtes Cl, während
die miteinander verbundenen Enden des Drahtes Cl an eine Leitung c6 angeschlossen
sind. Infolge der erläuterten Anordnung wirken die Erahtpakete C und Cl wie bifilar
gewickelte Spulen, so daß Störungen des Stromverlaufes im Erahte C oder Cl durch
Induktion von außen her oder durch Selbstinduktion nicht eintreten können.
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Von den beiden Widerstandselementen C und Cl ist das eine, C, so zwischen
den eisernen Magnetkern a1 des Magnetgestelles A und die zugehörige Magnetspule
a2 eingeschoben, daß es sich an einer Stelle befindet, die erfahrungsgemäß den durch
Stromwärme in der Magnetwicklung hervorgerufenen Temperaturerhöhungen am meisten
ausgesetzt ist. Das andere Element, Cl, dagegen ist an der dem Anker 11 des Gleichstromerzeugers
A B zugekehrtenStirnfläche der Magnetspule a2 befestigt und so gestaltet, daß es
sich der Form dieser Stirnfläche möglichst anschmiegt.
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An einer Stelle des ?Maschinenraumes, an welcher annähernd die mittlere
Maschinenraumtemperatur herrscht, ist eine aus drei Widerständen D, Dl, D2
aus Xonstantandraht (Temperaturziffer :Null) und einem Stromzeiger E gebildete Stromverzweigung
nach Art der Wheatstoneschen Brücke aufgestellt, deren vierter Widerstandszweig
durch die in Reihe geschalteten Widerstandselemente C und Cl gebildet wird. Die
Stromverzweigung C Cl, D, Dl, D2, E ist in der aus der Zeichnung ersichtlichen
Weise an eine Batterie F angeschlossen. Die Widerstände D, Dl und D2 sind in bezug
auf die in Reihe geschalteten Widerstandselemente C und Cl so abgeglichen, daß der
in der Brücke liegende Stromzeiger E auf Null zeigt, wenn die Widerstandselemente
C Cl dieselbe Temperatur wie die Widerstände D, Dl, D'= aufweisen; das ist
z. B. der Fall, wenn der leer laufende Stromerzeuger A B ebenfalls die Temperatur
des Maschinenraumes besitzt. Wird nun der Stromerzeuger A B belastet, so erwärmt
er sich, und zwar in seinen verschiedenen Teilen in verschiedenem Grade. Während
die inneren Teile der aus zahlreichen Drahtwindungen bestehenden Magnetwicklung
infolge ihres geringen Wärmeableitungsvermögens sich verhältnismäßig stark erwärmen,
nehmen die äußeren Wicklungsteile eine entsprechend geringere Temperaturerhöhung
an. Infolgedessen ändert sich der Widerstandswert der beiden Widerstandselemente
C und Cl in verschiedenem Grade. Es kommt hinzu, daß das an der Stirnfläche der
Magnetspule 0 befestigte Widerstandselement Cl auch noch durch denjenigen Teil der
im Anker B erzeugten Wärme beeinflußt wird, der von dem bei der Drehung des Ankers
B entstehenden Luftstrome auf die Widerstandselemente Cl übertragen wird. Der Gesamtwiderstandswert
der beiden hintereinander geschalteten Elemente C und Cl spiegelt daher den mittleren
Erwärmungszustand des gesamten Stromerzeugers A B wieder, d. h. der der Erwärmung
ausgesetzten ruhenden und bewegten Teile desselben. Es ist durch Versuche festgestellt
worden, daß die beschriebene Anordnung der Widerstandselemente C und Cl zur Ermittlung
der jeweiligen mittleren Erwärmung der Maschine vollständig ausreicht; insbesondere
hat
es sich als unnötig herausgestellt, auch den Anker, dessen `Vicklung gewöhnlich
in Eisen eingebettet ist und nur wenige I'rahtlagen übereinander aufweist, -mit
einem besonderen Widerstandselemente auszurüsten.
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Infolge der durch die Erwärmung der Maschine verursachten Widerstandsänderung
der Elemente C und C1 erfährt der Zeiger des Stromzeigers E einen Anschlag. Die
Größe des Anschlages des Stromzeigers E hängt in eindeutiger Weise von dem Widerstandswerte
der in Reihe geschalteten Widerstandselemente C und C1 ab, da sich bei der Herstellung
der Widerstandszweige D, D' und D2 aus Konstanten die Widerstandswerte dieser
Widerstandszweige auch bei Änderungen der Raumtemperatur nicht ändern und bildet
somit unmittelbar ein Maß für die mittlere Erwärmung des Stromerzeugers
A B. Die Einteilung des Stromzeigers E kann daher nach Temperaturgraden geeicht
sein, die nach Einbau der Einrichtung im Betriebe ermittelt worden sind; außerdem
können bestimmte Zeigerstellungen auf der Einteilung mit Bezeichnungen -wie »Leerlauf«,
»halbe Last«, »Vollast« und »Höchstlast« versehen werden, so daß man ohne weiteres
ablesen kann, in welchem Maße die Maschine bereits belastet ist und wieviel weitere
Belastung sie mit Rücksicht auf zulässige mittlere Erwärmung noch vertragen kann.
Bei Überschreitung der Stellungen »Vollast« oder »Höchstlast« wird der Maschinenwärter
den Stromerzeuger durch Hinzuschaltung einer weiteren Maschine entlasten und ihn
bei »Leerlauf«, d. h. wenn die Raumtemperatur erreicht ist, abstellen.
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Da die Widerstandszweige D, Dl und D2 ihre Widerstandswerte auch bei
veränderter Raumtemperatur beibehalten, während die Widerstandselemente C und Cl
sowohl dem Einflusse der Stromwärme als auch der Wärme des Maschinenraumes ausgesetzt
sind, so tritt bei höherer Maschinenraumtemperatur der z. B. mit »Vollast« bezeichnete
mittlere Erwärmungszustand bei einer geringeren Strombelastung auf als bei niedriger,
wie es mit Rücksicht auf die Schonung und Erhaltung der Maschinen erforderlich ist.
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Die erwähnten Bezeichnungen »halbe Last«, »Vollast« und »Höchstlast«
beziehen sich natürlich nur auf den Erwärmungszustand der Maschine und geben im
allgemein-n kein Bild von dem Verlaufe der Strombelastung. Für den Erwärmungszustand
kommen nämlich außer der Strombelastung, die in jedem Augenblicke eine bestimmte
Stromwärme in der Maschine hervorruft, noch der Grad der vorangegangenen Erwärmung
und der zeitliche Verlauf der Belastungsschwankungen (z. B. Dauer des Volllastbetriebes,
der Betriebspausen usw.) in Betracht. Für die gute Ausnutzung eines Stromerzeugers
oder Transformators kommt es aber in erster Linie auf den Erwärmungszustand und
nicht auf die Strombelastung an, die mittels Stromzeiger oder Leistungszeiger in
bekannter Weise jederzeit festgestellt werden kann.
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Die Anordnung zweier in Reihe geschalteter M-iderstandselemente, von
denen das eine, C, im Innern der Magnetspule a2, das andere, Cl, an deren dem Anker
B zugekehrter Stirnseite angebracht ist, hat zur Folge, daß der Stromzeiger E den
wechselnden Erwärmungszuständen des Stromerzeugers A B ohne größere Verzögerung
zu folgen vermag, was mit einem einzigen an dem Punkte der relativ höchsten Temperatur
angeordneten Widerstandselemente nicht zu erreichen wäre. Setzt z. B. die Belastung
der Maschine zeitweise aus, so kühlt sich der Anker B schneller ab als die Magnetwicklung
a2, und es trifft auf das Widerstandselement C1 ein Luftstrom von geringerer Temperatur
als vorher, während das Widerstandselement C der schlechteren Abkühlungsverhältnisse
wegen zunächst noch seine Temperatur fast unverändert beibehält. Der Stromzeiger
E spricht also auf einen Mittelwert der Temperaturen an, denen die in Reihe geschalteten
Widerstandselemente C und Cl ausgesetzt sind.
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Eine etwas abweichende Ausführungsform eines Widerstandselementes
ist durch Abb.4 veranschaulicht. Hier ist der Widerstandsdraht G auf ein Rohr g1
aus Preßglimmer aufgewickelt und durch ein über den Draht G geschobenes zweites
Rohr g2 aus demselben Stoff vor Berührung geschützt. Infolge ihrer geringen Querausdehnung
eignet sich diese Ausführungsform besonders für solche Stromerzeuger, bei denen
in radialer und tangentialer Richtung wenig Raum zum Anbringen der Widerstandselemente
zur Verfügung steht, während die Ausdehnung der Maschine in achsialer Richtung verhältnismäßig
groß ist. Dies ist z. B. der Fall bei Stromerzeugern für Turbinenantrieb, die vielfach
auch im ruhenden Teile mit in Nuten untergebrachter verteilter Wicklung ausgeführt
werden. Die Widerstandselemente könnten in einem solchen Falle etwa parallel zur
Achse zwischen den Nuten oder am Nutengrunde des Stromerzeugers angebracht werden.
Das in Abb.5 abgebildete zweite Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unterscheidet
sich von dem bisher erläuterten nur dadurch, daß der zum Speisen der Wheatstoneschen
Brückenschaltung bestimmte Strom nicht einer Batterie, sondern der zu schützenden
Maschine selbst entnommen wird, so daß eine besondere Stromquelle entbehrlich ist.
Zu diesem Zwecke ist außer den Ankerbürsten a4 und cc5 eine auf dem S4romwender
a3 schleifende Hilfsbürste a5 so angeordnet, daß sie von der einen Ankerbürste a4
nur um wenige Stromwenderstege
absteht. Infolgedessen besteht zwischen
den Bürsten a4 und aß nur eine vergleichsweise geringe Spannung.
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Abb.6 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
die Anwendung der Erfindung bei einem Drehstromtransformator. Zur Speisung der Wheatstoneschen
Brückenschaltung wird dabei Wechselstrom verwendet, der unter Zwischenschaltung
eines kleinen Einphasentransformators Q von zwei Leitungen der an die Sekundärwicklungen
H3 H4 H5 des Drehstromtransformators angeschlossenen Sammelschienen R abgenommen
wird, und es ist wegen der Anwendung einer Wechselstromquelle der Stromzeiger in
der M'heatstoneschen Brücke als ballistisches Galvanometer P ausgebildet. Von den
Widerstandszweigen der Wheatstoneschen Brücke ist nur ein einziger außerhalb des
Transformators im Aufstellungsraume angeordnet und damit dem Einflusse der Raumtemperatur
ausgesetzt. Die drei anderen Widerstandszweige sind aus je zwei Widerstandselementen
der eingangs erläuterten Art zusammengesetzt und in unmittelbarer Nähe der Primärwicklungen
H Hl H2 und der Sekundärwicklungen H3 H4 H5 im Innern des Transformators
angebracht. So sind den Transformatorwicklungen H Hl H2 H3 H4 H5 der Reihe
nach die Widerstandselemente J, K, M, il, K1, Ml zugeordnet, von denen je
zwei in der aus Abb. 5 ersichtlichen `'eise einen Widerstandszweig der Brückenschaltung
bilden. Die Wirkungsweise der zuletzt beschriebenen Einrichtung bedarf keiner besonderen
Erläuterung. Befinden sich die Drehstromtransformatorwicklungen H bis H5 in einem
Ölbade, so schützt die beschriebene Einrichtung den Transformator vor unzulässiger
mittlerer Wärmebeanspruchung und damit auch das Öl vor Überhitzung und Selbstentzündung.
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Ohne etwas an der Erfindung zu ändern, kann man den Stromzeiger E
bzw. P auch an einer von den Widerstandszweigen D Dl D2 bzw. N
entfernten
Stelle aufstellen und durch eine Fernleitung mit diesen verbinden.
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Ferner könnte man den Stromzeiger als Stromschlußvorrichtung ausbilden,
durch deren Vermittlung bei Erreichung einer festgesetzten oberen oder unteren Belastungsgrenze
ein Hilfsstromkreis geschlossen wird, der entweder eine Signalvorrichtung zum Ansprechen
bringt oder die selbsttätige Abschaltung einer leerlaufenden bzw. die selbsttätige
Zuschaltung einer noch unbelasteten Maschine veranlaßt. Versieht man den Stromzeiger
mit einer Schreibvorrichtung, so kann der zeitliche Verlauf des Erwärmungszustandes
des zugehörigen Stromerzeugers oder Transformators fortlaufend aufgezeichnet werden.