DE10138137A1

DE10138137A1 - Monitoring gas sealing of cooling system for gas-cooled electrical machine, involves evaluating difference between measured gas quantities to detect leaks in feed line or machine

Info

Publication number: DE10138137A1
Application number: DE2001138137
Authority: DE
Inventors: Harry Kampmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-20

Abstract

The method involves measuring (22,34) the quantity of cooling gas flowing from a source (10) into a feed line in a defined first period at the source end of the feed line and comparing with a first threshold value, measuring a second quantity at the machine end of the line in the same period, comparing the difference between the quantities with a second threshold and evaluating to detect leaks in the line or machine. AN Independent claim is also included for the following: an arrangement for monitoring gas sealing of cooling system for gas-cooled electrical machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Gasdichtheit des Kühlsystems einer gasgekühlten elektrischen Maschine, bei welchem zum Ausgleich von Leckverlusten ein Kühlgas von einer Gasquelle über eine Zuflußleitung zu der elektrischen Maschine geleitet wird. The invention relates to a method for monitoring the gas tightness of the cooling system a gas-cooled electrical machine, in which to compensate for Leakage losses of a cooling gas from a gas source via an inflow line to the electrical machine is conducted.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Überwachung der Gasdichtheit des Kühlsystems einer gasgekühlten elektrischen Maschine mit einem ein Maschinengehäuse enthaltenden, abgeschlossenen Kühlsystem, das mit einem Kühlgas gefüllt und aus einer Gasquelle über eine Zuflußleitung zum Ausgleich von Leckagen nachfüllbar ist, enthaltend: erste Mengenmeßmittel zur Messung der während einer vorgegebenen ersten Zeitspanne durch die Zuflußleitung fließenden Menge an Kühlgas als ersten Mengenwert und Vergleichsmittel zum Vergleichen dieses ersten Mengenwertes mit einem ersten Grenzwert. The invention also relates to a device for monitoring the gas tightness of the Cooling system of a gas-cooled electrical machine with a machine housing contained, closed cooling system, which is filled with a cooling gas and from a Gas source can be refilled via an inflow line to compensate for leaks, containing: first quantity measuring means for measuring during a predetermined first The amount of cooling gas flowing through the inflow line as the first amount of time and comparison means for comparing this first quantity value with a first one Limit.

Es ist bekannt, elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit Wasserstoff zu kühlen. Zu diesem Zweck ist die Maschine in einem geschlossenen Maschinengehäuse untergebracht. Das Maschinengehäuse bildet einen Teil eines geschlossenen Kühlsystems. In dieses Kühlsystem wird in einem Füllvorgang Wasserstoff eingeleitet. Der Wasserstoff verdrängt dabei Kohlendioxid, mit welchem das Kühlsystem zunächst gefüllt ist, wobei der leichte Wasserstoff in den oberen Teil des Maschinengehäuses eingeleitet wird und das dadurch verdrängte schwerere Kohlendioxid über einen unteren Auslaß abfließt. Der Wasserstoff wird dann im Betrieb der elektrischen Maschine von einem an dieser vorgesehenen Lüfter über und durch die Maschine geleitet und kühlt diese. Der dabei erwärmte Wasserstoff gibt dann die Wärme über einen Wärmeaustauscher ab. Maschinengehäuse, Lüfter und Wärmetauscher sind hier unter dem Begriff "Kühlsystem" zusammengefaßt. Dabei zirkuliert der Wasserstoff als Kühlmittel in dem Kühlsystem. It is known to use electrical machines, especially turbogenerators, with hydrogen to cool. For this purpose the machine is in a closed machine housing accommodated. The machine housing forms part of a closed one Cooling system. Hydrogen is introduced into this cooling system in a filling process. The hydrogen displaces carbon dioxide, which the cooling system initially uses is filled, with the light hydrogen in the upper part of the machine housing is initiated and the heavier carbon dioxide displaced thereby via a lower one Outlet flows off. The hydrogen is then used in the operation of the electrical machine a fan provided on this ducted over and through the machine and cooled this. The heated hydrogen then gives the heat over you Heat exchanger. Machine housing, fan and heat exchanger are under here the term "cooling system" summarized. The hydrogen circulates as Coolant in the cooling system.

Der Wasserstoff wird von einer Gasquelle in Form einer Batterie von Gasflaschen oder einem Vorratsbehälter geliefert und über eine Zuflußleitung zu der elektrischen Maschine geleitet. Bei einer solchen Anordnung tritt stets eine gewisse Leckage auf. Nach dem oben beschriebenen Füllvorgang wird daher ein der Leckage entsprechender Wasserstoffstrom nachgeliefert. Der Wasserstoffdruck in dem Kühlsystem wird durch einen in der Zuflußleitung sitzenden Druckregler geregelt. Der nachgelieferte Wasserstoffstrom entspricht dabei im wesentlichen den Leckverlusten. Der Druckregler öffnet sein Regelventil gerade so weit, daß die Leckverluste, die zu einem Absinken des Drucks im Kühlsystem führen würden, gerade ausgeglichen werden. The hydrogen comes from a gas source in the form of a battery of gas cylinders or delivered to a reservoir and via an inflow line to the electrical machine directed. With such an arrangement, there is always some leakage. After this The filling process described above therefore becomes a leakage-related one Hydrogen stream supplied. The hydrogen pressure in the cooling system is controlled by regulates a pressure regulator located in the inflow line. The subsequent one Hydrogen flow essentially corresponds to the leakage losses. The pressure regulator opens its control valve just so far that the leakage losses, which lead to a decrease in the Pressure in the cooling system would just be balanced.

Wasserstoff ist als Kühlgas besonders vorteilhaft: Er ist gut wärmeleitend und nimmt pro Masseeinheit viel Wärme auf. Wasserstoff bietet weiterhin einen geringen Widerstand für den Lüfter. Nachteilig an Wasserstoff ist, daß er mit Luft oder Sauerstoff ein hochexplosives Gemisch bildet. Aus diesem Grunde dürfen die Leckverluste (als Menge z. B. in Normlitern) über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten. Sonst kann sich Wasserstoff z. B. unter der Decke einer Maschinenhalle ansammeln und in einem Gemisch mit Luft zu einer Explosion führen. Nach VDE-Richtlinie 0530, Teil 3 Abschnitte 4 und 5 darf der Leckageverlust an Wasserstoff aus dem Kühlsystem einen Wert von 12 bzw. 18 Nm³ in 24 Stunden nicht überschreiten. Wenn der Leckverlust und damit die entsprechende nachgelieferte Menge diesen Wert überschreitet, muß die Gaszufuhr von der Gasquelle zu dem Kühlsystem unterbrochen werden. Hydrogen is particularly advantageous as a cooling gas: it is a good heat conductor and absorbs a lot of heat per unit mass. Hydrogen continues to provide low resistance for the fan. A disadvantage of hydrogen is that it forms a highly explosive mixture with air or oxygen. For this reason, the leakage losses (as a quantity, e.g. in standard liters) must not exceed a specified limit value over a specified period of time. Otherwise hydrogen z. B. accumulate under the ceiling of a machine shop and cause an explosion in a mixture with air. According to VDE guideline 0530, part 3, sections 4 and 5, the leakage of hydrogen from the cooling system must not exceed 12 or 18 Nm ³ in 24 hours. If the leakage loss and thus the corresponding quantity supplied exceeds this value, the gas supply from the gas source to the cooling system must be interrupted.

Es ist daher bekannt, in die Zuleitung von der Gasquelle zu dem Kühlsystem der elektrischen Maschine einen Gasmengenmesser anzuordnen, welcher die nachgelieferte Gasmenge über einen vorgegebenen Zeitraum von z. B. 24 Stunden mißt. Dieser Gasmengenmesser kann ein Balgengaszähler sein, dessen Arbeitszyklen von einem Zähler gezählt werden, oder ein Hitzdraht-Strömungsratenmesser, der die Strömungsrate in ein elektrisches Analogsignal umsetzt, das dann in eine Impulsfrequenz umgewandelt wird auf einen Zähler geschaltet wird. Wenn der Zählerstand innerhalb einer Zeitspanne von 24 Stunden den Wert von 12 bzw. 18 Nm³ erreicht hat, wird die Gaszufuhr über Magnetventile automatisch abgesperrt. Wenn der Zählerstand innerhalb dieser Zeitspanne von 24 Stunden den Wert von 12 bzw. 18 Nm³ nicht erreicht, dann wird der Zähler auf null zurückgestellt. Die Messung und Zählung beginnt von vorn. It is therefore known to arrange a gas flow meter in the supply line from the gas source to the cooling system of the electrical machine, which gas meter measures the quantity of gas supplied over a predetermined period of time, e.g. B. measures 24 hours. This gas flow meter can be a diaphragm gas meter, the working cycles of which are counted by a meter, or a hot wire flow rate meter, which converts the flow rate into an electrical analog signal, which is then converted into a pulse frequency and switched to a meter. If the meter reading has reached the value of 12 or 18 Nm ³ within a period of 24 hours, the gas supply is automatically shut off via solenoid valves. If the meter reading does not reach the value of 12 or 18 Nm ³ within this 24 hour period, the meter is reset to zero. The measurement and counting starts over.

Wenn eine starke Leckage auftritt, dann kann u. U. während der relativ langen Zeitspanne von 24 Stunden schon recht viel Wasserstoff ausgetreten sein, so daß eine gefährliche Situation eintritt. Um das zu vermeiden ist ein zusätzlicher Zähler vorgesehen, der auch von den Zählimpulsen des Strömungsmessers beaufschlagt ist und die Gasmenge über eine kürzere Zeitspanne von beispielsweise einer Stunde zählt (DE-PS 33 45 790). Es wird jeder Stunde überwacht und gezählt, ob ein bestimmter Grenzwert überschritten worden ist. Dieser Grenzwert wird höher angesetzt der Mengenwert, der bei Extrapolation auf 24 Stunden z. B. einen Wert von 12 bzw. 18 Nm³ ergeben würde. Es können nämlich im Verlauf des Betriebs kurzzeitige Schwankungen des Gasstromes auftreten, die z. B. durch Lastschwankungen der elektrischen Maschine hervorgerufen sind. Ein solches "Atmen" soll noch keinen Alarm auslösen. If there is a large leak, then u. U. quite a lot of hydrogen may have escaped during the relatively long period of 24 hours, so that a dangerous situation occurs. In order to avoid this, an additional counter is provided, which is also acted upon by the counting impulses of the flow meter and counts the amount of gas over a shorter period of time, for example one hour (DE-PS 33 45 790). Every hour it is monitored and counted whether a certain limit value has been exceeded. This limit value is set higher the quantity value, which for extrapolation to 24 hours z. B. would give a value of 12 or 18 Nm ³ . It can namely occur in the course of operation brief fluctuations in the gas flow, the z. B. caused by load fluctuations of the electrical machine. Such "breathing" should not yet trigger an alarm.

In vielen Fällen ist die Gasquelle, eine Batterie von Gasflaschen oder ein Behälter, als "Zentralstation" in größerem Abstand von der elektrischen Maschine mit Kühlsystem angeordnet. Die dementsprechend lange Zuflußleitung ist häufig unter der Erde verlegt und führt zu mehreren elektrischen Maschinen. Bei Auftreten eines Alarms wegen erhöhter Leckage ist es wichtig, das Leck möglichst schnell zu finden. In many cases the gas source, a battery of gas cylinders or a container, is considered "Central station" at a greater distance from the electrical machine with cooling system arranged. The correspondingly long inflow line is often buried underground and leads to several electrical machines. When an alarm occurs increased leakage, it is important to find the leak as quickly as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Lokalisierung des Lecks zu erleichtern. The invention is based on the object of a method or a device to facilitate the localization of the leak of the type mentioned at the beginning.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die Verfahrensschritte:

a) Messen der während der ersten Zeitspanne fließenden zweiten Menge an Kühlgas am maschinenseitigen Ende der Zuflußleitung,
b) Bilden der Differenz der am quellenseitigen Ende und der am maschinenseitigen Ende der Zuflußleitung gemessenen ersten und zweiten Mengen,
c) Vergleichen der Differenz mit einem zweiten Grenzwert, wobei
d) ein Überschreiten des ersten Grenzwertes durch die erste Menge bei Überschreiten des zweiten Grenzwertes durch die Differenz auf eine Leckage in der Zuflußleitung und ein Überschreiten des ersten Grenzwertes durch die zweite Menge bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes durch die Differenz auf eine Leckage an der gasgekühlten elektrischen Maschine hinweist.

According to the invention, this object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the method steps:

a) measuring the second quantity of cooling gas flowing during the first period of time at the machine-side end of the inflow line,
b) forming the difference between the first and second quantities measured at the source end and at the machine end of the inflow line,
c) comparing the difference with a second limit, where
d) an exceeding of the first limit value by the first quantity when the second limit value is exceeded by the difference due to a leak in the inflow line and an exceeding of the first limit value by the second quantity when the difference falls below the second limit value by a difference due to a leakage in the gas-cooled electrical Machine indicates.

Wenn Kühlgas (Wasserstoff) aus einem Leck der Zuflußleitung austritt, dann ist die Strömungsrate über die "erste" Zeitspanne von z. B. einer Stunde hinweg aufintegriert an dem quellenseitigen Ende der Zuflußleitung größer als an dem maschinenseitigen Ende. Wenn die Differenz einen gewisse Wellenerscheinungen in der Zuflußleitung tolerierenden zweiten Grenzwert überschreitet, während der erste Grenzwert von der "ersten Menge" der gesamten Strömung überschritten wird, dann deutet das darauf hin, daß erstens eine Leckage existiert und zweitens diese Leckage in der Zuflußleitung aufgetreten ist. Dann kann das Leck in der Zuflußleitung gesucht werden. Andererseits ist das Kühlsystem wahrscheinlich dicht. Daher kann das Kühlsystem z. B. mittels einer in der Nähe der elektrischen Maschine angeordneten Hilfsgasquelle, z. B. einer einzigen Gasflasche oder weniger Gasflaschen, im Notbetrieb weiterbetrieben werden. Ist dagegen die Differenz gering, während die Strömung durch die Zuflußleitung den ersten Grenzwert überschreitet, dann ist das Leck an der Generatoranlage zu suchen. If cooling gas (hydrogen) leaks from the inflow line, it is Flow rate over the "first" period of z. B. integrated for an hour the source end of the inflow line is larger than at the machine end. If the difference some wave phenomena in the inflow line tolerant second limit, while the first limit of the "first amount" of the total flow is exceeded, then this indicates that firstly there is a leak and secondly this leakage in the inflow line occured. The leak in the inflow line can then be sought. On the other hand the cooling system is probably tight. Therefore, the cooling system can e.g. B. by means of a the auxiliary gas source arranged near the electrical machine, e.g. B. a single Gas bottle or fewer gas bottles to continue operating in emergency mode. Is against the difference small, while the flow through the inflow line is the first Limit value is exceeded, then the leak in the generator system must be sought.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist dementsprechend erfindungsgemäß gekennzeichnet durch

a) die ersten Mengenmeßmittel an einem quellenseitigen Ende der Zuflußleitung angeordnet sind,
b) an einem motorseitigen Ende der Zuleitung zweite Mengenmeßmittel vorgesehen sind, welche einen zweiten Mengenwert nach Maßgabe der dem Kühlsystem dort zugeführten Menge liefern,
c) differenzbildende Mittel zur Bildung der Differenz des ersten und des zweiten Mengenwertes und
d) die Differenz auf Vergleichsmittel aufgeschaltet ist zum Vergleichen diese Differenz mit einem zweiten Grenzwert, wobei
e) ein Überschreiten des ersten Grenzwertes durch den ersten Mengenwert bei Überschreiten des zweiten Grenzwertes durch die Differenz auf eine Leckage in der Zuflußleitung und ein Überschreiten des ersten Grenzwertes durch den zweiten Mengenwert bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes durch die Differenz auf eine Leckage an der gasgekühlten elektrischen Maschine hinweist.

A device of the type mentioned is accordingly characterized by the invention

a) the first quantity measuring means are arranged at a source-side end of the inflow line,
b) at a motor-side end of the feed line, second quantity measuring means are provided, which supply a second quantity value in accordance with the quantity supplied to the cooling system there,
c) difference-forming means for forming the difference between the first and the second quantity value and
d) the difference is applied to comparison means for comparing this difference with a second limit value, wherein
e) an exceeding of the first limit value by the first quantity value when the second limit value is exceeded by the difference due to a leak in the inflow line and an exceeding of the first limit value by the second quantity value when the second limit value falls below the difference due to a leakage in the gas-cooled electrical Machine indicates.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. An embodiment of the invention is below with reference to the associated drawings explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Generator-Anlage, der Wasserstoff als Kühlgas zugeführt wird, und einer Vorrichtung zur Überwachung der Gasdichtheit. Fig. 1 is a schematic illustration of a generator plant, the hydrogen is supplied as the cooling gas, and a device for monitoring the gas-tightness.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Überwachung der Gasdichtheit. Fig. 2 is a schematic representation of the device for monitoring the gas tightness.

Fig. 3 zeigt im einzelnen die Anzeigeeinheit bei der Vorrichtung von Fig. 1 und 2. Fig. 3 shows in detail the display unit in the apparatus of Fig. 1 and 2.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Gasquelle für Wasserstoff als Kühlgas bezeichnet. Die Gasquelle 10 ist von einer Batterie von Gasflaschen gebildet. Von einem Verteiler 12 können über Ventile 14 Gasströme zu den Kühlsystemen von verschiedenen Generatoren 16 (Fig. 2) entnommen werden. Die Zufuhr von Kühlgas und die Überwachung der Gasdichtheit ist in Fig. 1 nur für einen Generator im einzelnen dargestellt. In Fig. 1, 10 denotes a gas source for hydrogen as a cooling gas. The gas source 10 is formed by a battery of gas bottles. Gas flows to the cooling systems of various generators 16 ( FIG. 2) can be taken from a distributor 12 via valves 14 . The supply of cooling gas and the monitoring of the gas tightness is shown in FIG. 1 only for one generator in detail.

Von dem Verteiler 12 fließt Wasserstoff über ein erstes Ventil 14 und ein zweites Ventil 16 und einen zweistufigen Druckminderer 18. Damit wird der Gasdruck von 190 bar auf 6,5 bar heruntergeregelt. Im Normalbetrieb fließt der Wasserstoff dann durch ein quellenseitiges Magnetventil 20 und einen ersten Strömungsraten-Sensor 22. Der Strömungsratensensor 22 ist ein Hitzdraht-Strömungsratensensor. Der Hitzdraht- Strömungsratensensor ist ein an sich bekannter und daher hier nicht im einzelnen dargestellter Bauteil. Der Hitzdraht-Strömungsratensensor enthält in einer Brückenschaltung einen Meßdraht und einen Referenzdraht, die von Strömen durchflossen sind und dementsprechend aufgeheizt werden. Der Meßdraht wird von der zu messenden Gasströmung durchflossen und kühlt sich dadurch ab. Dadurch wird die Brückenschaltung verstimmt und ein strömungsratenabhängiges Ausgangssignal erzeugt. Dem Strömungsratensensor 22 ist ein Absperrventil 24 nachgeschaltet. Hydrogen flows from the distributor 12 via a first valve 14 and a second valve 16 and a two-stage pressure reducer 18 . This reduces the gas pressure from 190 bar to 6.5 bar. In normal operation, the hydrogen then flows through a source-side solenoid valve 20 and a first flow rate sensor 22 . The flow rate sensor 22 is a hot wire flow rate sensor. The hot wire flow rate sensor is a component which is known per se and is therefore not shown in detail here. The hot wire flow rate sensor contains a measuring wire and a reference wire in a bridge circuit, through which currents flow and which are heated accordingly. The measuring wire is flowed through by the gas flow to be measured and thereby cools down. This detunes the bridge circuit and generates an output signal that is dependent on the flow rate. A shut-off valve 24 is connected downstream of the flow rate sensor 22 .

Der Wasserstoff fließt dann über eine Zuflußleitung 26 zu dem Generator 61 und dessen Kühlsystem. Generatorseitig von der Zuflußleitung 26 sind ein Absperrventil 28 und ein maschinenseitiges Magnetventil 30 vorgesehen. Der Wasserstoff fließt dann im Normalbetrieb über ein Absperrventil 32 und einen zweiten Strömungsratensensor 34 sowie ein Druckregelventil 36 zum Generator. Das Druckregelventil 36 regelt einen Druck von z. B. 5 bar. The hydrogen then flows via an inflow line 26 to the generator 61 and its cooling system. A shut-off valve 28 and a machine-side solenoid valve 30 are provided on the generator side of the inflow line 26 . The hydrogen then flows in normal operation via a shut-off valve 32 and a second flow rate sensor 34 and a pressure control valve 36 to the generator. The pressure control valve 36 regulates a pressure of z. B. 5 bar.

Parallel zu dem ersten Strömungsratensensor 22 und dem Absperrventil 24 ist ein dritter Strömungsratensensor 38 mit einem nachgeschalteten Absperrventil 40 vorgesehen. Auch dieser Zweig ist mit der Zuflußleitung verbunden. Zwischen dem maschinenseitigen Magnetventil 30 und dem Absperrventil 32 zweigt eine Leitung 42 ab. In der Leitung 42 sitzt ein Absperrventil 44. Die Leitung 42 führt zu einem Füllventil, über welches Wasserstoff in das Kühlsystem des Generators einleitbar ist. In parallel to the first flow rate sensor 22 and the shutoff valve 24 , a third flow rate sensor 38 with a downstream shutoff valve 40 is provided. This branch is also connected to the inflow line. A line 42 branches off between the machine-side solenoid valve 30 and the shut-off valve 32 . A shutoff valve 44 is located in line 42 . The line 42 leads to a filling valve, via which hydrogen can be introduced into the cooling system of the generator.

Zwischen dem maschinenseitigen Magnetventil 30 und dem Absperrventil 32 mündet eine Leitung 46. Über diese Leitung 46 ist dem Kühlsystem des Generators 16 Wasserstoff von einer Hilfsgasquelle 48, ebenfalls eine Batterie von Gasflaschen, über einen Druckminderer 50 und Absperrventile 52 und 54 zuleitbar. A line 46 opens between the machine-side solenoid valve 30 and the shut-off valve 32 . Via this line 46 , the cooling system of the generator 16 can be supplied with hydrogen from an auxiliary gas source 48 , also a battery of gas cylinders, via a pressure reducer 50 and shut-off valves 52 and 54 .

Zunächst wird das Kühlsystem des Generators 61 mit Wasserstoff gefüllt. Dabei ist das Ventil 24 geschlossen und das Ventil 40 geöffnet, so daß der Wasserstoff über den Strömungsratensensor 38 fließt. Ventil 32 ist geschlossen und Ventil 42 ist geöffnet. Dadurch strömt der Wasserstoff zu dem Füllventil des Kühlsystems. Der leichte Wasserstoff wird in den oberen Teil des Kühlsystems eingeleitet und verdrängt das vorher in das Kühlsystem eingebrachte Kohlendioxid. Der Wasserstoff in dem geschlossenen Kühlsystem wird durch einen Lüfter 56 um und durch den Generator und einen Wärmetauscher zirkuliert. Das ist bekannte Technik und daher hier nicht im einzelnen beschrieben. First, the cooling system of the generator 61 is filled with hydrogen. The valve 24 is closed and the valve 40 is opened so that the hydrogen flows through the flow rate sensor 38 . Valve 32 is closed and valve 42 is open. As a result, the hydrogen flows to the filling valve of the cooling system. The light hydrogen is introduced into the upper part of the cooling system and displaces the carbon dioxide previously introduced into the cooling system. The hydrogen in the closed cooling system is circulated through a fan 56 around and through the generator and a heat exchanger. This is known technology and is therefore not described in detail here.

Die Magnetventile 20 und 30 sind bei diesen Betriebsweisen geöffnet. Die Ventile 52 und 54 sind geschlossen. The solenoid valves 20 and 30 are open in these modes of operation. The valves 52 and 54 are closed.

Nach dem Füllvorgang werden die Ventile 40 und 44 geschlossen und die Ventile 24 und 32 geöffnet. Durch unvermeidbare Lecks des geschlossenen Kühlsystems tritt aus diesem eine gewisse Menge Wasserstoff aus. Dadurch würde der Druck in dem geschlossenen Kühlsystem absinken. Das Regelventil des Druckreglers 36 wird dadurch aufgesteuert. Es fließt dann über den Strömungsratensensor 22, die Zuflußleitung 26 und den Strömungsratensensor 34 eine Strömung von Wasserstoff nach, welche die Leckverluste ausgleicht und den am Regler 36 vorgegebenen Drucksollwert aufrechterhält. Diese Gasströmung entspricht daher den Leckverlusten. After the filling process, the valves 40 and 44 are closed and the valves 24 and 32 are opened. Due to unavoidable leaks in the closed cooling system, a certain amount of hydrogen escapes from it. This would reduce the pressure in the closed cooling system. The control valve of the pressure regulator 36 is thereby opened. A flow of hydrogen then flows through the flow rate sensor 22 , the inflow line 26 and the flow rate sensor 34 , which compensates for the leakage losses and maintains the pressure setpoint specified on the controller 36 . This gas flow therefore corresponds to the leakage losses.

Die elektrischen Strömungsratensignale der Strömungsratensensoren werden in bekannter Weise in Impulsfrequenzen umgesetzt. Die Impulsfrequenzen beaufschlagen Zähler. Diese Zähler liefern dann Anzeigen, welche der Menge des während einer bestimmten Zeit durchgeflossenen Wasserstoffs z. B. in Normliter entspricht. The electrical flow rate signals of the flow rate sensors are known Way implemented in pulse frequencies. The pulse frequencies act on counters. These counters then provide indications of the amount of that during a given Time flown hydrogen z. B. corresponds in standard liters.

Die Zähleranordnung und Signalverarbeitung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. The counter arrangement and signal processing is shown schematically in FIG. 2.

Die Ausgangssignale von den Strömungsratensensoren 22 und 34 liegen an einer Kontaktleiste 58. Durch einen Wandler 60 werden die Signale sowohl von dem Strömungsratensensor 22 als auch von dem Strömungsratensensor 34 in Zählimpulse mit entsprechender BUS-Adresse umgesetzt, die auf einen internen BUS 62 geschaltet sind. Ein Rechner 64 bildet in Form entsprechend adressierter Zählimpulse an einem Ausgang 66 die Differenz ΔF der Zählimpulse F₂ und F₃ der beiden Strömungsratensensoren 22 bzw. 34. Diese Differenz-Zählimpulse werden durch einen Zähler 68 gezählt. Ein Zeitgeber 70 stellt den Zähler 68 jeweils nach einer Stunde auf null zurück. Wenn der Zählerstand des Zählers 68 einen bestimmten Grenzwert überschreitet, deutet dies auf ein Leck in der Zuflußleitung hin. Das wird signalisiert. The output signals from the flow rate sensors 22 and 34 are on a contact strip 58 . The converter 60 converts the signals both from the flow rate sensor 22 and from the flow rate sensor 34 into counting pulses with a corresponding BUS address, which are connected to an internal BUS 62 . A computer 64 forms in the form of correspondingly addressed counting pulses at an output 66 the difference ΔF of the counting pulses F ₂ and F _{3 of} the two flow rate sensors 22 and 34, respectively. These differential counts are counted by a counter 68 . A timer 70 resets the counter 68 to zero every hour. If the counter reading of the counter 68 exceeds a certain limit value, this indicates a leak in the inflow line. That is signaled.

Die Zählimpulse F₂ und F₃ werden zusätzlich durch Zähler 72 bzw. 74 gezählt. Die Zählimpulse von dem Strömungsratensensor 22 werden über den BUS 62 gleichzeitig auf Zähler 76 und 78 geschaltet. Der Zähler 76 wird von einem Zeitgeber 80 alle 24 Stunden auf null zurückgesetzt. Der Zähler 78 wird von einem Zeitgeber 82 im Stundentakt auf null zurückgesetzt. Wenn der Zählerstand des Zählers 76 einen maximal zulässigen Wert, z. B. 12 bzw. 18 Nm³ überschreitet, also die Leckage an Wasserstoff mehr als 12 m³ beträgt, werden über ein "Lastmodul H₂-Verblockung" 84 die beiden Magnetventile 20 und 30 geschlossen. Das ist durch die gestrichelten Linien 86 und 88 dargestellt. Damit wird die Zuflußleitung quellenseitig und maschinenseitig abgesperrt. Die Wasserstoffzufuhr wird unterbrochen. The counting pulses F ₂ and F ₃ are additionally counted by counters 72 and 74 , respectively. The counting pulses from the flow rate sensor 22 are simultaneously switched to counters 76 and 78 via the BUS 62 . The counter 76 is reset to zero by a timer 80 every 24 hours. The counter 78 is reset to zero by an hourly timer 82 . If the counter reading of the counter 76 has a maximum permissible value, e.g. B. exceeds 12 or 18 Nm ³ , ie the leakage of hydrogen is more than 12 m ³ , the two solenoid valves 20 and 30 are closed via a "load module H ₂ blocking" 84 . This is shown by dashed lines 86 and 88 . The inflow line is thus shut off on the source side and on the machine side. The hydrogen supply is interrupted.

Der Regler 36 enthält einen Meßumformer 90, welcher den Gasdruck im Kühlsystem in ein elektrisches Signal umsetzt. Dieses Signal ist auf ein Reglermodul 92 aufgeschaltet. Das Reglermodul 92 steuert ein Reglerventil 94. The controller 36 contains a transmitter 90 , which converts the gas pressure in the cooling system into an electrical signal. This signal is applied to a controller module 92 . The controller module 92 controls a controller valve 94 .

Die verschiedenen Zustände des Systems sind auf einem Bildschirm einer Anzeigeeinheit 96 angezeigt. Der Bildschirm ist in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt. The various states of the system are displayed on a screen of a display unit 96 . The screen is shown in Fig. 3 on an enlarged scale.

Auf die Anzeigeeinheit 96 ist auch der Ausgangsdruck der Gasquelle 10 aufgeschaltet, der von einem Meßumformer 98 erfaßt und über Leitung 100 übertragen wird. Die Anzeigeeinheit erhält weiter über den BUS 62 die Zählerstände der Zähler 76 und 78, wie bei 104 angedeutet ist, und den Zählerstand des Zählers 68, wie bei 106 angedeutet ist. The output pressure of the gas source 10 is also connected to the display unit 96 and is detected by a measuring transducer 98 and transmitted via line 100 . The display unit also receives the counter readings of the counters 76 and 78 via the BUS 62 , as indicated at 104 , and the counter reading of the counter 68 , as indicated at 106 .

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nach dem beschriebenen Füllvorgang wird über die Zuflußleitung 26 Wasserstoff zu dem Kühlsystem nachgeliefert, um Leckverluste auszugleichen. Das Reglerventil 94 des Druckreglers 36 öffnet dabei jeweils so weit, daß der vorgegebene Druck von z. B. 5 bar aufrechterhalten wird. Die Menge des so nachgelieferten Wasserstoffs entspricht somit den Leckverlusten. Diese Menge wird durch den Strömungsratensensor 22 und den Zähler 76 überwacht. Die Leckverluste dürfen über eine Zeitspanne von 24 Stunden einen zulässigen Grenzwert von 12 bzw. 18 Nm³ nicht überschreiten. Wenn die Leckverluste unterhalb dieses Grenzwertes bleiben, dann wird der Zähler 78 durch den Zeitgeber 80 nach jeweils 24 Stunden auf null zurückgesetzt. Die Zählung beginnt dann von vorn. Wenn innerhalb von 24 Stunden der Grenzwert überschritten wird, dann werden über das "Lastmodul H₂-Verblockung" 84 die beiden Magnetventile 20 und 30 geschlossen. Die Zufuhr von Wasserstoff wird unterbrochen, und zwar sowohl quellenseitig durch das Magnetventil 20 als auch maschinenseitig durch das Magnetventil 30. The described device works as follows:
After the filling process described, hydrogen is supplied to the cooling system via the inflow line 26 in order to compensate for leakage losses. The regulator valve 94 of the pressure regulator 36 opens so far that the predetermined pressure of z. B. 5 bar is maintained. The amount of hydrogen supplied in this way corresponds to the leakage losses. This amount is monitored by the flow rate sensor 22 and the counter 76 . The leakage losses must not exceed a permissible limit value of 12 or 18 Nm ³ over a period of 24 hours. If the leakage losses remain below this limit value, the counter 78 is reset to zero by the timer 80 every 24 hours. The counting then starts again. If the limit value is exceeded within 24 hours, then the two solenoid valves 20 and 30 are closed via the “load module H ₂ blocking” 84 . The supply of hydrogen is interrupted, both on the source side by the solenoid valve 20 and on the machine side by the solenoid valve 30 .

Es kann relativ lange dauern, bis der 24-Stunden-Grenzwert erreicht ist. Erst dann wird eine unzulässig hohe Leckage festgestellt. Herabsetzen der Zählzeit und Extrapolation der erhaltenen Mengenwerte auf 24 Stunden kann zu Fehlalarmen führen. Durch Laständerungen am Generator und damit verbundene Temperaturänderungen können Schwankungen der Strömungsrate auftreten. Wenn der Generator mit geringerer Last gefahren wird und sich abkühlt, wird auch der Wasserstoff im Kühlsystem abgekühlt. Das Volumen wird vermindert. Das bedingt einen Druckabfall, und das Regelventil 94 wird aufgesteuert, um diesen Druckabfall auszugleichen. Dadurch tritt vorübergehend eine erhöhte Strömungsrate auf. Extrapoliert man diese Strömungsrate auf eine Zeitspanne von 24 Stunden, dann kann das zu einer Störungsmeldung und einer Abschaltung der Zufuhr von Wasserstoff führen, obwohl eine unzulässig hohe Leckage gar nicht vorliegt. Deshalb wird neben der 24 Stunden-Überwachung durch den Zähler 76 eine 1 Stunden-Überwachung durch den Zähler 78 vorgesehen. Der für diesen Zähler vorgesehene Grenzwert ist aber höher als derjenige, der sich aus einer Extrapolation auf 24 Stunden ergeben würde. Der Grenzwert trägt dem "Atmen" des Kühlsystems Rechnung. It may take a long time to reach the 24 hour limit. Only then is an impermissibly high leakage detected. Reducing the counting time and extrapolating the quantity values obtained to 24 hours can lead to false alarms. Fluctuations in the flow rate can occur due to changes in the load on the generator and the associated changes in temperature. If the generator is operated with a lower load and cools down, the hydrogen in the cooling system is also cooled down. The volume is reduced. This causes a pressure drop and the control valve 94 is opened to compensate for this pressure drop. As a result, an increased flow rate occurs temporarily. Extrapolating this flow rate over a period of 24 hours can lead to a fault message and a shutdown of the hydrogen supply, even though there is no impermissibly high leakage. Therefore, in addition to the 24-hour monitoring by counter 76, 1-hour monitoring by counter 78 is provided. The limit provided for this counter is, however, higher than that which would result from an extrapolation to 24 hours. The limit takes into account the "breathing" of the cooling system.

Auf diese Weise werden Fehlalarme vermieden und normalerweise eine Abschaltung nur bewirkt, wenn der 24 Stunden-Zähler den zulässigen Grenzwert von z. B. 12 bzw. 18 Nm³ überschreitet. Es wird aber trotzdem innerhalb einer Stunde festgestellt, wenn eine ungewöhnlich starke Strömung auftritt, die auf ein großes Leck hindeutet. In this way, false alarms are avoided and a shutdown is normally only triggered if the 24 hour counter exceeds the permissible limit of e.g. B. 12 or 18 Nm ³ exceeds. However, it is still detected within an hour if an unusually strong current occurs, which indicates a large leak.

Wenn ein Leck auftritt, das zu einer Überschreitung des zulässigen Grenzwertes führt, dann muß dieses Leck möglichst schnell gefunden werden. Das wird bei der beschriebenen Anordnung dadurch erleichtert, daß maschinenseitig von der Zuflußleitung 26 ein weiterer Strömungsratensensor 34 angeordnet ist. If a leak occurs that leads to the permissible limit being exceeded, this leak must be found as quickly as possible. In the arrangement described, this is facilitated in that a further flow rate sensor 34 is arranged on the machine side of the inflow line 26 .

Wenn der Strömungsratensensor 22, sei es über den Zähler 76, sei es über den Zähler 78 einen unzulässig hohen Leckverlust signalisiert, dann kann das Leck, das diesen Leckverlust hervorruft, entweder in der Zuflußleitung 26 oder in dem Kühlsystem des Generators aufgetreten sein. Die Zufuhrleitung ist häufig sehr lang und u. U. in der Erde verlegt. Bei einem Leck in der Zufuhrleitung tritt zwischen dem Strömungsratensensor 22 und dem Strömungsratensensor 34 eine Differenz der gemessenen Strömungsraten auf. Dementsprechend unterscheiden sich die Zählerständer der Zähler 72 und 74, F₂bzw. F₃. Die Differenz wird durch den Rechner 64 berechnet und durch den Zähler 68 unmittelbar gezählt. Wenn dieser Zähler einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird dies als Anzeichen dafür, daß das Leck in der Zuflußleitung 26 aufgetreten ist, signalisiert. When the flow rate sensor 22, either over the counter 76, it is signaled to an unacceptably high leakage via the counter 78, then the generator can leak, which causes this leakage in either the inflow conduit 26 or in the cooling system have occurred. The feed line is often very long and u. U. laid in the ground. If there is a leak in the supply line, a difference in the measured flow rates occurs between the flow rate sensor 22 and the flow rate sensor 34 . The counter stands of the counters 72 and 74 , F ₂ and F ₃ differ accordingly. The difference is calculated by the computer 64 and counted directly by the counter 68 . If this counter exceeds a certain limit, this is signaled as an indication that the leak in the inflow line 26 has occurred.

Wenn dagegen der Strömungsratensensor 22, sei es über den Zähler 76, sei es über den Zähler 78 einen unzulässig hohen Leckverlust signalisiert, während der Zähler 68 keine signifikante Differenz der Strömungsraten zwischen den Strömungsratensensoren 22 und 34 erkennen läßt, dann ist das ein Indiz dafür, daß das Leck am Kühlsystem zu suchen ist. If, on the other hand, the flow rate sensor 22 , be it via the counter 76 or the counter 78, signals an impermissibly high leakage loss, while the counter 68 shows no significant difference in the flow rates between the flow rate sensors 22 and 34 , then this is an indication that that there is a leak in the cooling system.

Claims

1. A method for monitoring the gas tightness of the cooling system of a gas-cooled electrical machine ( 16 ), in which a cooling gas from a gas source ( 10 ) via an inflow line ( 26 ) to the electrical machine ( 16 ) is passed to compensate for leakage losses, with the method steps :

a) measuring the from the gas source ( 10 ) in the inflow line ( 26 ) flowing during a predetermined first period of time first amount (F ₂ ) of cooling gas at the source end of the inflow line ( 26 ) and

b) comparing the first quantity (F ₂ ) with a first limit value, characterized by the further method steps:

c) measuring the second quantity (F ₃ ) of cooling gas flowing during the first period of time at the machine-side end of the inflow line ( 26 ),

d) forming the difference (ΔF) of the first and second quantities (F ₂ and F ₃ ) measured at the source end and at the machine end of the inflow line,

e) comparing the difference (ΔF) with a second limit, where

f) exceeding the first limit value by the first quantity (F ₂ ) when the second limit value is exceeded by the difference (ΔF) due to a leak in the inflow line ( 26 ) and exceeding the first limit value by the first quantity (F ₂ ) If the difference (ΔF) falls below the second limit value, this indicates a leak in the gas-cooled electrical machine ( 16 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that

a) the amount of cooling gas flowing through the inflow line ( 26 ) is additionally measured during a second period of time, which is substantially greater than the first period of time,

(b) the quantity measured during the second period is compared with a maximum permissible quantity and

c) if the maximum permissible quantity is exceeded by the quantity measured during the second period, the gas supply from the gas source ( 10 ) via the inflow line ( 26 ) to the electrical machine ( 16 ) is shut off.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after the expiry of first period of time over this period of time at the source end and on values of the first and second quantities measured at the machine end be reset to zero.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as Cooling gas hydrogen is used.

5. Device for monitoring the gas tightness of the cooling system of a gas-cooled electrical machine ( 16 ) with a closed cooling system containing a machine housing, which is filled with a cooling gas and can be refilled from a gas source ( 10 ) via an inflow line ( 26 ) to compensate for leaks, including:

a) first quantity measuring means ( 22 , 78 ) for measuring the quantity of cooling gas flowing through the inflow line ( 26 ) during a predetermined first time period as the first quantity value (F ₂ ) and

b) comparison means for comparing this first quantity value (F ₂ ) with a first limit value,

characterized in that

1. the first quantity measuring means ( 22 ) are arranged at a source-side end of the inflow line ( 26 ),

2. second quantity measuring means ( 34 ) are provided at an end of the inflow line ( 26 ) on the motor side, which supply a second quantity value (F3) in accordance with the quantity supplied to the cooling system there,

3. difference-forming means ( 64 , 68 ) for forming the difference (ΔF) of the first and second quantity values (F ₂ and F ₃ ) and

4. the difference (.DELTA.F) is applied to comparison means for comparing this difference (.DELTA.F) with a second limit value, wherein

5. an exceeding of the first limit value by the first quantity value (F ₂ ) when the second limit value is exceeded by the difference (ΔF) due to a leak in the inflow line ( 26 ) and an exceeding of the first limit value by the first quantity value when the second limit value is undershot by the difference (ΔF) indicates a leak in the gas-cooled electrical machine ( 16 ).

6. The device according to claim 5, characterized by

a) additional quantity measuring means ( 22 , 76 ) for measuring the quantity of cooling gas flowing via the inflow line ( 26 ) during a second period, which is substantially greater than the first period, as a third quantity value (F ₁ ),

b) comparison means for comparing the third quantity value (F ₁ ) with a maximum permissible quantity and

c) shut-off means ( 20 , 30 ) for shutting off the gas supply from the gas source ( 10 ) via the inflow line ( 26 ) to the electrical machine ( 16 ) when the maximum permissible quantity is exceeded by the third quantity value (F ₁ ).