DE387759C - Einrichtung zum Anzeigen des Erwaermungszustandes einer Dynamomaschine oder eines Transformators - Google Patents

Einrichtung zum Anzeigen des Erwaermungszustandes einer Dynamomaschine oder eines Transformators

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DE387759C
DE387759C DEK70951D DEK0070951D DE387759C DE 387759 C DE387759 C DE 387759C DE K70951 D DEK70951 D DE K70951D DE K0070951 D DEK0070951 D DE K0070951D DE 387759 C DE387759 C DE 387759C
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DE
Germany
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resistance
transformer
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temperature
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Expired
Application number
DEK70951D
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English (en)
Inventor
Hermann Sundhausen
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Krupp Stahl AG
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Krupp Stahl AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402Association of measuring or protective means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25Devices for sensing temperature, or actuated thereby

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Anzeigen des Erwärmungszustandes einer Dynamomaschine oder eines Transformators mittels eines Meßgerätes, das mit einem in einem Zweige einer W heatstoneschen Brückenschaltung liegenden, der Erwärmung durch Strombelastung besonders ausgesetzten Widerstandselemente von hoher Temperaturziffer und einem in einem anderen Zweige der Brückenschaltung liegenden Widerstande von der Temperaturziffer Null zusammengeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (z. B. C) von hoher Temperaturziffer mit einem zweiten, an einem anderen Punkte der Dynamomaschine oder des Transformators angeordneten, gleichartigen Widerstandselemente (z. B. Cl) innerhalb desselben Brückenzweiges hintereinandergeschaltet ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i für Dynamomaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Widerstandselement (C) im Innern einer Feldmagnetspule (a2) und das andere Widerstandselement (Cl) an der dem Anker (B) zugekehrten Stirnfläche einer Feldmagnetspule (a2) des feststehenden Teiles (A) der Dynamomaschine (A, B) angeordnet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i für Dreiphasentransformatoren,, dadurch gekennzeichnet, daß drei von den vier Widerstandszweigen der Wheatstoneschen Brükkenschaltung je zwei in Reihe geschaltete Widerstandselemente (J J1, K K1, M Ml) von hoher Temperaturziffer enthalten, die in unmittelbarer Nähe je einer der drei Transformatorwicklungen (H H3, Hl H', H2 H°) angeordnet sind, während der vierte einen Widerstand von der Temperaturziffer Null enthaltende Brückenzweig (N) der Temperatur des umgebenden Raumes ausgesetzt ist.
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