DE764503C - UEberwachungseinrichtung fuer die Temperatur elektrischer Leiter, Wicklungen od. dgl. - Google Patents

Description

• Überwachungseinrichtung für die Temperatur elektrischer Leiter, Wicklungen od. dgl. Zur Bestimmung der an elektrischen Leitern, Wicklungen ad. degl. auftretenden Temperaturen oder zu ihrem Schutz vor thermischer Überlastung sind die verschiedensten Meßanardnungen bekannt. Diese bekannten Anordnungen haben im wesentlichem einen Grundsatz gemeinsam, nämlich aus der Temperatur der dem Leiter benachbarten, Teile auf seine wirkliche Temperatur zu schließen. So wird: z;. B. als thermischer Vberlastungsschtutz bei öltransiformatoren ad. dgl. ein Thermokontakt unmittelbar unter dem Deckel in -der heißesten Ölzone untergebracht. Dieser Kontakt verhindert nach erfolgter Auslösung die Wiedereinschaltung so, lange, his, die ö-ltemperätur wieder so weit gesunken Ist, daß dieser Kontakt öffnet. Zwischen, dem Leiter und dem ö1 besteht aber nun ein Temperaturgefälle, so daß das Öl auch nach erfolgter Abschaletunig zunächst weitergeheizt wird. Bei großen! Transformatoren kann diie Wärme der Wicklungen. nach über eine große Zeitspanne hin so viel Wärme an dass 01 abgeben, daß dessen Temperatur über der öffnungstemperatur des- Thermäkontaktes bleibt. Hierdurch kann entweder der Transformator nicht wieder eingeschaltet werden oder der Kontakt muß für die genannte Zeitspanne außer Betrieb gesetzt werden(. Im letzteren Fall ist aber der hoch vorbelastete- Trans@föirmato,r dann ungeschützt.
• Eine: derartige Anordnung eines Kontaktes in unmittelbarer Nachbarschaft eines, gegen Erwärmung zu schützenden Leiters gibt also

  nicht die wahre Temperatur des Leiters

  wieder, denn es kann nicht nur zu Wärme-

  stauungen kommen, sondern es kann auch

  ein Teil der Wärme verlorengehen, so daß

  es erst zu einem Ansprechen der Meßvorrich-

  tung kommt, wenn der zu schützende Leiter

  durch die Erwärmung schon beschädigt ist.

  Dieselben Nachteile haften: auch den bekann-

  ten Vorrichtungen an, die Widerstandsmessun-

  gen eines isoliert gegen den Leiter angeoerd-

  neten Hilfsleiters zur Temperaturüberwachung

  verwenden.

  Dvr indirekte Schutz durch thermische Ab-

  biId@er bei großen Transformatoren scheiterte

  bisher an der Unmöglichkeit, diesen so große

  Zeitkonstanten wie den zu schützenden Objek-

  ten zu geben. Solche Anordnungen halsen

  außerdem den wesentlichen -Nachteil, daß sie

  die eigentliche: Temperatur der Wicklung sehr

  ungenau messen und dadurch nur geringe

  Gewähr für einen sicheren L berlastungs Schutz

  geben.

  Es ist auch bekannt, den in dem Leiter

  fließenden Betriebsstrom durch Widerstands-

  messung; n zur Temperaturüb:°rwachung d-es

  Leiters zu verwenden. Derartige Anordnungen

  haben jedoch den Nachteil ., daß bei abgeschal-

  te-tetn Betriebsstrom keine Temperaturmessung

  mehr möglich ist. Auch bei einem Klemmen-

  kurzsch luß muß diese Temperaturmeßeinrich-

  tung versagen. Gerade im letzten Fall, also

  bei sehr großer Belastung, ist jedoch eine

  Temperaturüberwachung besonders wichtig.

  Es ergibt sich daher die Forderung, eine

  möglichst genalte Messung der höchsten Tetn-

  p2ratu:r des Isoliermaterials, die bekanntlich

  an der Oberfläche des Leiters auftritt. zu !,

  erreichen.

  Die Erfindung zeigt nun eine Über-

  wachungseinrichtung für die Temperatur elek-

  trischer Leiter. Wicklungen od. dgl.. die

  parallel verlaufen, in Stern geschaltet oder

  vermascht sind. insbesondere für Transfor-

  matorwIcklungen. ErfindunJsgemäfi werden

  die durch die Änderung der Temperatur der

  Leiter veränderten Widerstandswerte durch

  eine an sich bekannte Widers:tandsmeßein-

  richtung überwacht, die unmittelbar an zwei

  Punkten gleichen Potentials der zu schützen-

  den Leiter, Wicklungen od. dgl. angeschlossen

  und von einem vom Betriebsstrom unabhängi-

  gen Meßstrom gespeist wird.

  Gegenüber den bekannten Temperaturübh r-

  wachungseinrIchtungen hat die erfindungs-

  gemäße Ausführung den Vorteil, daß die

  Temperaturmessung trägheitsfrei erfolgt. also

  zeitlich nicht nachhinkt oder von der Wärme

  des den Leiter umgebenden Mediums ab-

  hängig isst. Da ferner die Temperaturüb"r-

  ,vachung vom L,etriebsstrom unabhängig ist

  und ein: besonderer Meßstrom verwendet wird,

  läßt sich die Temperaturüberwachung auch

  bei abgeschaltetem Betriebsstrom und eben-

  falls bei einem Klemmenkurzschluß ausfüh-

  ren. Der bei Kurzschlüssen im -Netz und bei

  beispielsweise Windungsschlüssen erfolgende

  rasche Temperaturanstieg wirkt sich unver-

  -z_ögert auf die Ileßeinrichtung aus. Die neue

  Anordnung hat also den Vorteil, in allen

  Fällen stets richtig, ohne zeitlichen Verzug

  und gleichzeitig an allen Punkten des Leiters,

  der Wicklung od. dgl. zu messen.

  Mit Hilfe der Abb. i bis .l der Zeichnung

  wird die Erfindung näher beschrieben.

  Die Abb. i zeigt den grundsätzlichen Auf-

  bau der Anordnung.

  Unterteilt man den Ouerschnitt der `\"ick-

  lung u in zwei voneinander isolierte, an den

  Enden parallel geschaltete Einzelleiter b und c,

  so läßt sich zu jedem Punkt des einen Einzel-

  leiters ein ihm entsprechender auf dem an-

  deren Einzelleiter finden, zwischen denen

  beim Stromnulldurchgang keine Potential-

  differenz auftritt. Eine Verbindung zwischen

  solchen Punkten führt keinen Strom. Man

  kann die beiden Punkte je etwa auf der Mitte

  der Länge des Einzelleiters bestimmen. An

  diesen Punkten sind Meßklemmen d und e

  angebracht. zwischen denen die zwei paralle-

  len Leiterzweige, die aus den Hälften der

  Einzelleiter gebildet sind, liegen. Ein an

  diesen -'\Ießklemmen d und c zu- und abge-

  führter Meßstrom ist nur dem Widerstand

  des Leiters proportional; er ist unabhängig

  von der Spannung zwischen den Klemmen f

  und j. Handelt es sich z. B. um eine Trans-

  formatorwicklung, so hat eine Belastungs-

  änderung zwischen Leerlauf und Kurzschluß

  an den Klemmen f und ,; nur eine Wider-

  standsänderung entsprechend der verschiede-

  nen Erwärmung zur Folge. Mit der angege-

  benen Schaltung kann also der Widerstand

  ein-er Wicklung während des Betriebes laufend

  gemessen: werden. 'Man braucht nur ül}cr die

  1Ießhlemm:°n einen Strom zu schicken, der

  von einer Spannungsquelle konstanter Span-

  nung geliefert wird. Schaltet man in den

  Meßkreis beispielsweise einen Strommesser.

  so ergibt dieser einen dem Widerstand und

  indirekt der Erwärmung des Leiters propor-

  tionalen Ausschlag. Zweckmäßigerweise eicht

  man das Meßinstrument direkt in Temperatur-

  einheiten. Bei Erreichung eines gewissen

  \lindeststromes kann die Wicklung recht-

  zeitig durch ein Minimalrelais abgeschaltet

  werden. Außer diesem Verfahren, aus Strom

  und Spannung den Widerstand oder seine

  Änderung zu messen. können natürlich auch

  alle anderen üblichen Meßverfahren, wie

  z. B. die verschiedenen Brückenschaltungen,

  zur Anwendung kommen. Bei s,.hr kleinem

  Ohmschen Widerstand der Leiter können

  beispielsweise durch eine Schialtung nach Art der Tho:msonbrücke genügend, genaue Messungen ausgeführt werden.
• In Abb. 2 isst eine Ausführungsart der Erfindung bei. sterngeschalteten Mehrphasen, wicklungen dargestellt. Hierzu werden die beiden Leiterhälften jeder Ph.asenwicklung zu je einem Sternpunkt zusammengeführt und an dies: Sternpunkte die Meßleitu.nsgen angeschlossen. Bei -isoliertem Sternpunkt ist diese Schaltung ohne weiteres möglich. Ist der Sternpunkt dagegen starr m oder über eine Erdungsdrossel geerdet, dann muß im Fall einer Störung die Verbindung zwischen den beiden Sternpunl-,ten die Hälfte de;s Erd:s:ch.lußstro:m- ,s führen können.
• Die Stromquelle h speist die in Stern geschalteten Phasenrvscklungshälften i und den mit diesen in Reihe liegenden Widerstand k. Zwei Widerstandspaare 1, m und l', m' liegen nach Art einer Thomsonbrücke so zwischen den Hauptklemmen, dafi die Spannungsabfälle an den Kontaktstellen nicht wirksam wenden.. Zwischen den Widerstandspaaren ist ein Nullinstrument n odier ein Relais. geschaltet. Diese Brückenschaltung kann so abgeglichen werdens, daß entweder bei Erreichung einer gefährlichen Erwärmung der Brückenstrom durch Null geht und sein Vorzeichen wechselt oder daß die geiäh:rliche Erwärmung durch. eine möglichst große Verstimmung des Brückengleichgewichtes - angezeigt wird.
• Ist der Widerstand k nun praktisch bei verschiedenen Arbeitstemperaturen konstant, dann mißt man die Leitertemperatur richtig. Sollten jedoch. die Belastungsgrenzen in Abhängigkeit der Luft- oder Kühltemperatur geändert werdien, so kann man als. Widerstand k einen temperaturabhängigen Widerstand benutzen, dessen Temperatur von der Luft oder dem Kühlmittel beei.nfiußt wird. Steht in einer Zentrale Batteriestrom zur Verfügung, dann ist die angeführte Grundschaltung ohne weiteres möglich. In reinen Wechsel:stromanlagen kann man, die Vorteile des Gleichstromes, nämlich genaue und bequeme Messung, Instrumente mixt gleichmäßiger Skala, große Richtkräfte, kein Einfluß von Fremdfeldern, Anwendung polarisierter Relais -mit genau herstellbarer Nullage usw., leicht ausnutzen., indem man: den Me.ßstrom beispielsweise über einen kleinen Trockengleichrichter in Drei- oder Sechsphasenschaltuug; mit Glättungsdrossel oder Siebkettse dem Dvehstromnetz entnimmt.
• Für nicht besonders hohe Ansprüche kann man auch die Schaltung dinrekt reit Wechselstrom betreiben, wie liess in Abb. 3 gezeigt ist. Man braucht hierbei nur die Gleichstromquelle h nach Abb. 2 durch eine Wechselstromquel,le zu ersetzen. Der Vergleichswiderstand k kann auch ganz. oder teilweise an Stelle eines Wandlers o treten, der mit seiner Sekundärwicklung zwischen die beiden Stern.-punkte der Wicklungen geschaltet isst. Seine Primärwicklung wird - nun wie der Doppelstern in Abb. 2 geschaltet. Der Meßkreis wird von einer weiteren Wechsels:tromquelle p gespeist, die am Netz liegt. Bei genauem Ab,- gleich der beiden Sterne verhalten sich diese wie eine nein Ohmsche Belastung des: Wandlers o. Die übrigen Teile. der Anordnung tragen; die gleiche Bezeichnung wie in. Abb. 2. Die Vorteile der Wechselstromanwendiung sind folgende: a) Fortfall einer besonderen Gleichhstromquelle, b) Elektrisch vollkommene Trennung der Meßkreise von dem Starkstromkreis, und c) freie Wahl der Stromstärken in dem Meßkrefs.
• Die vorgenannten Wechselsstromschaltunsgen sind nur bei Sternschaltung anwendbar und messen nur den Mittelwert der Erwärmung in dien Phasen. Soll die Erwärmung jeder Phasenwicklung getrennt gemessen werden, dann muß die, Abb. r zugrunde gelegt werden. Legt man beispielsweise an die Klemmen d und e irgendeiner Wicklung nach: Ab@b. 3 die Sekundärseite eines Wandlers, so kann man die Primärseite -seiner Wicklung wieder analog der Abb. 3 schalten. Man erhält so: eine Anordnung, wie sie in Abb. q. dargestellt ist. Auf diese Weise kann man jede Phasenleitergruppe thermisch überwachen und beliebig in Stern, Dreieck oder deren, Abarten zusammenschalten. Die vorstehenden Überlegungen können auch auf einzelne Teile der Wicklung angewandt werden, z. B. bei einer Scheibenwicklung nur auf eine Scheibenspule, oder bei Zylinderwicklung nur auf eine Lage aus einem parallel geschalteten Doppelleiter. Es muß dann nur dafür gesorgt werden, daß entweder dieser Wicklungsteil an die zu erwartende heißeste Stelle kommt, oder daß der Auslöser auf eine Temperatur dieses: Wicklungsteiles eingestellt wird. Man kann auch zwei getrennte Transformatoren mit normaler Wicklung oben- und unterspannungsseitig parallel schalten und an beiden Wicklungsmitten die Meßanordnung anischließen. Die beidenTransformatoren brauchenhderzu. nicht gleichartig zu sein, und es kann, z. B. ein Leitungstransformator und ein Spannungswandler verwendet wesrden. Wenn man Primär und Sekundärwicklung in der obenerwähnten Weise ausführt, dann kann man durch eine Differentialschaltung der beiden Meßkreise erreichen, daß im Fäll :eines Isolationsfehlers in einem der Kreise, der eine zusätzliche Erwärmung hervorruft, die Ab- schaltung herbeigeführt wird.
• Eine besonders zweckmäßige und sinnfällige Schaltung ergibt sich in. den Fällen, wo in Zentralen jeder Generator zusammen mit je einem Transformator eine Einheit bildet. Sind beide sterngeschaltet, so kann man beispielsweise in die Sternpunktverbindung nach Abb. 3 die Wandderwicklung schalten und schützt auf diese Weise g4eichzeitig Generator und Transformator.
• Die Bezugszeichen der einzelnen. Anordnungsteile in Abb. d. sind wieder sinngemäß den Bezeichnungen der übrigen Abbildungen angepaßt. Der Wicklung a wird an den Klemmen f und g die Spannung zugeführt. An den Meßklemmen d und e liegt die Sekundärseite des Wandlers o. Die Primärseite dieses Wandlers liegt mit dem Vergleichswiderstand k, den Widerstandspaaren 1, m bzw. 1', in', -dem Nullinstrument oder Relais ra in einem Stromkreis, wie dies aus den vorstehenden Abbildungen ebenfalls. zu ersehen ist. Die Speisung des Meßkreises erfolgt wieder durch eine Wechselstromquelle p.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Überwachungseinrichtung für die Temperatur elektrischer Leiter, Wicklungen od. dgl., die parallel verlaufen, in Stern geschaltet oder vermascht sind, insbeson dere für Transformatorwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die :lnderung der Temperatur der Leiter veränderten Widerstandswerte durch eine an sich bekannte Widerstandsmeßeinrichtung (1, in, 1', m', ia) überwacht «-erden, die unmittelbar an zwei Punkten gleichen Potentials der zu schützenden Leiter, Wicklungen od. dgl., z. B. der Seiten (b, c, Abb. i), Wicklungen (a, Abb. d.), angeschlossen und von einem vom Betriebsstrom unabhängigen Meßstrom gespeist ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften NTr. 269 797, 308 168, 320 183, 569 516, 630 85 2 : britische Patentschrift Nr. 129 515; M. Klein, Kabeltechnik. Berlin 19z9, S. d.77 und 478 und Abb..i73.