KR20140040800A

KR20140040800A - 온도계

Info

Publication number: KR20140040800A
Application number: KR1020147000713A
Authority: KR
Inventors: 자랄 쳉가우; 카이 하멜; 세바스찬 홀룬더; 마틴 쿠비첵
Original assignee: 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
Priority date: 2011-07-09
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-04-03
Also published as: WO2013007436A3; CN103649699A; RU2014104508A; US20190195697A1; EP2729775A2; WO2013007436A2; DE102011107006A1; BR112013031346A2; DE102011107006B4

Abstract

본 발명은 특히 전력 변압기의 권선 온도를 결정하기 위한 온도계에 관련된다. 본 발명은, 전력 변압기의 권선 온도를 결정하기 위한 온도계에 있어서, 전기 온도 센서, 기계식 온도 센서 및 발열 요소가 열전도성이 높은 재료로 형성된 커플링부 내부에 배치되고, 열적으로 안정한 재료로 구성되는 절연 슬리브가 커플링부의 외벽과 하우징의 내벽 사이에 제공되며, 하우징, 절연 슬리브 및 커플링부가 에어 갭을 남가지 않고 동축 구조를 형성하며, 이로써 개별 부품들, 즉 커플링부, 절연 슬리브 및 튜브형 하우징 간의 한정 가능한 열전달이 발생되는 것을 특징으로 한다.

Description

온도계{THERMOMETER}

본 발명은 온도계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전력 변압기(electric power transformer)의 권선 온도를 결정하기 위한 온도계에 관한 것이다.

종래 기술로 공지되어 있고, 전력 변압기에서의 권선 온도의 직접 측정에 관련된 방법이 DE 89 11 078 U1에 개시되어 있다. 이 방법에서는, 액체가 채워진 변압기 케이스에 설치하기 위한 액침 슬리브(immersion sleeve) 내에 절연 호스로 둘러싸인 속이 빈(hollow) 측정 센서가 배치되고, 이 호스 주위에는 전기 발열 저항이 감겨지며, 이 전기 발열 저항의 일부분이 추가의 절연 호스에 의해 감싸여진다. 전류 컨버터의 도움으로, 변압기의 부하에 비례하는 전류가 발열 저항을 통해 전도되며, 그 전류의 크기는, 측정 센서에 의해 측정되는 온도가 전력 변압기의 각각의 평균 또는 최대 권선 온도에 대응하도록, 측정 센서 및 냉각제의 관리 하에서 열전달과 발열 저항에 대해 설정된다.

이 경우, 액침 센서는 액침 슬리브가 변압기의 냉각액에 잠겨지는 방식으로 변압기 케이스에 설치된다. 이러한 점에서, 변압기 권선과 냉각액 간의 온도차는 변압기 권선에서의 각각의 전류에 좌우된다. 따라서, 전류 컨버터는 변압기에 연관되고, 변압기를 가로질러 흐르는 전류를 검출한다. 이 전류 컨버터의 2차 전류는 이제 변압기를 가로질러 흐르는 전류에 비례하게 된다. 이에 후속하여 신호 전류가 온도 센서에 연관된 발열 저항을 통해 흐르고, 실제로 측정된 오일 온도에 관한, 각각의 변압기 부하에 대응하는, 판독 플로트(read-out plot)를 발생한다. 작동을 위해 설치하기 전에 취해지는 교정의 결과로, 예컨대 가열된 온도 센서의 하류측에 있는 디스플레이 장치에 전력 변압기 내의 프로세스의 열 이미지를 디스플레이하는 것과 같이, 전력 변합기의 소정의 전류 부하에 대한 평균 또는 최대 권선 온도의 표시를 간접적인 방식으로 획득하는 것이 가능하다. 디스플레이는 측정 신호의 적합한 증폭 후에 멀리 떨어져 있거나 그리 멀리 떨어져 있지 않은 통제실에서 발생할 수 있다. 이와 달리, 예컨대 광 및/또는 음향 경고 신호를 형성하기 위해 제어 및 조정 설치 시의 관련 측정값을 추가로 전자 방식으로 처리하는 것도 가능하다.

전력 변압기의 권선 온도를 디스플레이하는 이 시뮬레이션 방법은 근본적으로는 실제로 만족할만한 것으로 입증되었다. 이 경우, 변압기의 필링(filling of the transformer)과는 분리되어 있는 필링을 통해 변압기 필링의 온도에 의해 직접적으로 작동되는 온도계가 설치된다. 그러므로, 이 방법을 위해 사용되는 온도계는 발열 수단, 기계식 센서 및 전기 센서가 구비된다. 발열 수단은 액체와 접촉하는 상태로 배치된 주변 하우징 튜브에 대하여 요구된 열접촉을 갖는다. 이 접촉은 폴리머 케이스뿐만 아니라 에어 갭에 의해 형성된다. 발열 수단은 2개의 발열 요소, 즉 내부에 배치된 기계식 온도 센서를 둘러싸는 발열 요소와 내부에 배치된 전자 온도 센서를 둘러싸는 발열 요소로 분할된다.

액체와 접촉하는 주변 하우징 튜브에 대한 열접촉은 결정적으로 에어 갭 및 에어 갭의 열저항에 의해 결정된다. 그러나, 이 갭 내의 공기는 밀봉 방식으로(hermetically) 가두어져 있지 않다. 공기의 열저항은 공기의 밀도에 좌우되고, 그에 따라 온도뿐만 아니라 압력에 직접 좌우된다. 그 결과, DE 89 11 078 U1에 설명된 온도계는 공기 압력 또는 온도의 변화에 따라 자신의 특징적인 열 파라미터가 변경된다. 더욱이, 전술한 온도계는 기계식 온도 센서와 전기 온도 센서를 서로 열적으로 분리시키는 것이 이롭다. 온도계의 각각의 서브시스템의 공차의 차이는 2개의 온도 표시값에서 커다란 불일치(discrepancy)를 야기한다. 이것을 방지하는 것은 상당한 비용을 수반한다.

따라서, 본 발명의 목적은 구체적으로 전력 변압기의 권선 온도를 결정하기 위한 온도계로서, 이 온도계에서는 결정된 온도 값에 대한 주변 온도 또는 공기 압력의 영향이 제거되고, 이와 동시에 그 경우 전기 온도 센서와 기계식 온도 센서 간의 측정값에서의 차이가 가능한 한 감소될 수 있는 온도계를 제공하는 것이다.

상기한 목적은 청구항 1의 특징부를 갖는 온도계에 의해 달성된다. 그 경우의 하위 청구항들은 본 발명의 특히 이로운 실시예에 관련된다.

본 발명에 따른 중요한 특징은, 전력 증폭기의 권선 온도를 결정하기 위한 온도계의 경우에, 전기 온도 센서, 기계식 온도 센서 및 발열 요소를 열전도성 재료로 구성되는 커플링 부재 내에 배치하는 것과, 커플링 부재의 외벽과 하우징의 내벽 사이에 열적으로 안정한 재료의 절연 슬리브(insulating sleeve)를 제공하는 것을 포함하며, 하우징, 절연 슬리브 및 커플링 부재가 에어 갭을 남기지 않고 동축 구성을 형성하여, 이러한 방식으로 개별 부품들, 즉 커플링 부재, 절연 슬리브 및 튜브형 하우징 간의 한정 가능한 열전달(definable heat transfer)이 달성될 수 있다. 본 발명에 따라, 발열 요소, 전기 온도 센서 및 기계식 온도 센서가 우수한 열전도율을 갖는 공통의 커플링 부재에 배치되고, 주변 액체에 대한 열저항이 본 발명에 따른 온도계 내의 중간 공간에 형성될 수 있는 에어 쿠션 없이 속이 채워진 단열재(solid thermal insulator)에 의해 추가로 형성됨에 의해, 그 열 등가 회로도가 크게 간략화되고 그에 따라 궁극적으로는 더욱 정확한 측정값을 공급하는 전체적인 온도계 구성이 이루어지게 된다.

아래에서는 본 발명을 이하의 도면에 기초하여 예시로서 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 온도계의 측단면 예시도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 온도계의 평면도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 온도계(1)가 도 1에 측단면도로 도시되어 있다. 이 경우에서, 온도계(1)는 개방 단부(3) 및 폐쇄 단부(4)를 갖는 튜브형 구조의 외측 하우징(2)에 의해 둘러싸여 있다. 하우징(2) 내에서는 우수한 열전도율을 갖는 재료로 구성되는 커플링 부재(5)가 제공되며, 이 커플링 부재는 발열 요소(6), 기계식 온도 센서(7), 및 전기 온도 센서(8)를 수용하기 위한 도 2에 도시된 여러 개의 정밀한 끼워맞춤 리세스를 갖고 있으며, 2개의 센서 요소가 구비된다. 열적으로 안정한 재료로 구성되는 절연 슬리브(9)가 하우징(2)의 내벽과 커플링 부재(5)의 외벽 사이에 충밀하게 끼워맞춤되어, 궁극적으로 하우징(2)과 절연 슬리브(9)와 커플링 부재(5) 사이에 에어 갭이 형성될 수 없도록 구성된다. 전체적으로 보면, 하우징(2), 절연 슬리브(9) 및 커플링 부재(5)가 에어 갭을 남기지 않고 동축 구성으로 되며, 이러한 방식으로 개별 부품들, 즉 커플링 부재(5), 절연 슬리브(9) 및 튜브형 하우징(2) 간의 한정 가능한 열전달이 달성된다. 본 발명에 따라, 커플링 부재(5) 내의 구성의 열저항이 절연 슬리브(9)의 내부 열저항에 비하여 매우 작아서, 온도계(1)의 전체적인 등온 구성이 달성될 수 있다. 커플링 부재(5)는 그 경우에 예컨대 알루미늄 합금으로 구성될 수 있는 한편, 절연 슬리브(9)는 예컨대 PEEK로도 지칭되는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)으로 구성될 수 있다. 절연 슬리브(9)의 열전달 저항에 대한 커플링 부재(5)의 열전달 저항과 하우징(2)의 열전달 저항에 대한 절연 슬리브(9)의 열전달 저항은 결정적으로 온도계(1)의 동축으로 선택된 구성의 기하학적 치수에 의해 결정되고, 그들 사이에 존재하는 에어 갭에 의해 결정되지 않으며, 그 이유는 이 에어 갭이 0.1 mm 미만으로 매우 작게 유지되고, 그에 따라 열 등가 회로도의 고려시에 무시할 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명에 따른 온도계(1)의 평면도의 단면을 도시하고 있다. 외측 하우징(2)과, 외측 하우징에 연결된 절연 슬리브(9)와, 및 발열 요소(6), 기계식 온도 센서(7) 및 전기 온도 센서(8)를 수용하기 위한 커플링 부재(5)를 포함하는 본 발명에 따른 온도계(1)의 동축 구성이 이 도면으로부터 용이하게 입증된다. 발열 요소(6), 기계식 온도 센서(7) 및 전기 온도 센서(8)는 커플링 부재(5)에 제공된 복수의 리세스(10, 11, 12)에 구체적으로는 안쪽으로 푸시되어 수용된다. 발열 요소(6), 기계식 온도 센서(7) 및 전기 온도 센서(8)를 커플링 부재(5) 내로 간략하게 푸시하는 것은 발생할 수도 있는 결함 또는 유지관리 작업 시에 이들 부품(6, 7, 8)의 특히 복잡하지 않은 교환을 가능하게 한다.

Claims

개방 단부 및 폐쇄 단부를 갖는 튜브형 하우징을 포함하고, 상기 튜브형 하우징 내에 전기 온도 센서, 기계식 온도 센서 및 발열 요소가 배치되는, 전력 변압기의 권선 온도를 결정하는 온도계로서,
상기 발열 요소(6), 상기 전기 온도 센서(8), 및 상기 기계식 온도 센서(7)가, 우수한 열전도율을 갖는 재료로 구성되는 커플링 부재(5) 내에 배치되며,
열적으로 안정한 재료의 절연 슬리브(9)가 상기 커플링 부재(5)의 외벽과 상기 튜브형 하우징(2)의 내벽 사이에 제공되며,
상기 튜브형 하우징(2), 상기 절연 슬리브(9) 및 상기 커플링 부재(5)가 에어 갭을 남기지 않고 동축 구성을 형성하여, 이러한 방식으로 이들 개별 부품들, 즉 상기 커플링 부재(5), 상기 절연 슬리브(9) 및 상기 튜브형 하우징(2) 간의 한정 가능한 열전달(definable heat transfer)이 달성될 수 있는 것을 특징으로 하는 온도계.
제1항에 있어서,
상기 커플링 부재(5)는 상기 기계식 온도 센서(7), 상기 전기 온도 센서(8) 및 상기 발열 요소(6)가 에어 갭을 남기지 않고 안쪽으로 푸시될 수 있는 복수의 리세스(10, 11, 12)를 갖는 일체로 형성된 부분(integrally formed part)으로서 구성되는, 온도계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 커플링 부재(5)는 상기 절연 슬리브(9)에 비하여 복수 배 더 우수한 열전도율을 갖는 재료로 구성되는, 온도계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커플링 부재(5)는 알루미늄 합금으로 구성되는, 온도계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 슬리브(9)는 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)으로 구성되는, 온도계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커플링 부재(5)의 재료의 내부 열저항이 상기 절연 슬리브(9)의 재료의 내부 열저항에 비하여 크게 낮아서, 상기 온도계(1)의 전체적인 등온 구성이 생성되는, 온도계.