DE1051965B - Temperaturueberwachungseinrichtung fuer elektrische Wicklungen waehrend des Betriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Ohmschen Widerstandes und damit der Temperatur von Wicklungen elektrischer Maschinen, Transformatoren und Spulen während des Betriebes und kann sowohl als Geber für von der Temperatur abhängige Steuer- und Regeleinrichtungen verwendet werden als auch Schutzvorrichtungen auslösen, wenn eine vorbestimmte Temperaturgrenze erreicht wird.

Von einer Schutzvorrichtung für elektrische Wicklungen wird verlangt, daß sie einerseits dieselben vor der Annahme einer die Isolation gefährdenden Temperatur schützt und daß sie andererseits die volle Ausnutzung der Maschine ermöglicht und dieselbe nicht abschaltet, bevor die Wicklung ihre maximal noch zulässige Temperatur erreicht hat.

Schutzschalter, die heute allgemein Verwendung finden, benutzen Bimetall und elektromagnetische Auslösung. Dabei wird unabhängig vom Maschinensystem, seinem Aufstellungsort, seinen Betriebsbedingungen, seiner Kühlung und Belastungsari, der Schutzschalter nur der Stromaufnahme oder dem unter normalen Betriebsbedingungen vermuteten, noch gerade zulässigen Stromzeitprodukt angepaßt. Die Unzulänglichkeit dieser Methode macht sich z. B. besonders bei Motoren bemerkbar, die in Gruben bei unzureichender Ventilation arbeiten oder bei Maschinen, die häufig kurzzeitig eingeschaltet werden. Der in kurzen Zeitabständen wiederholt auftretende hohe Einschaltstrom erwärmt die Maschine schnell auf sie gefährdende Temperaturen, während das sich viel schneller abkühlende Bimetall die Maschine nicht vor weiteren Einschaltungen schützt. Auch plötzlich auftretenden großen Überlastungen kann das Bimetall nicht angepaßt werden, und hierfür müssen zusätzliche magnetische Sofortauslöser im Schutzschalter angebracht werden. Außerdem findet man häufig noch besondere Vorrichtungen, die bei anomalen Wärmeanstiegsgeschwindigkeiten, wie sie z. B. bei Phasenausfall auftreten und denen das — anderen Bedingungen angepaßte — Bimetall ebenfalls nicht folgen kann, die Abschaltung auslösen.

Verursacht durch die verschiedenen thermischen Charakteristiken der Schutzeinrichtung und der zu schützenden Maschine ergibt sich die Notwendigkeit der Sonderausführungen von Schutzschaltern, die verschieden en Wärmeträghedtsgraden entsprechen. Überdies wird das S ehalt vermögen von Leistungsschaltern durch die beschränkte Kurzschlußfestigkeit von Bimetallen beeinflußt.

Für die Temperaturmessung von Transformatorenwicklungen sind Lösungen bekanntgeworden, die die Temperatur des Wicklungsleiters aus der in dem Transformator verlorengegangenen Wirkleistung bestimmen, die sich durch Messung der Differenz der Temperaturüberwachungseinrichtung

für elektrische Wicklungen

während des Betriebes

Anmelder:

Joseph Carlebach, Düsseldorf,
Stresemannstr. 27

Joseph Carlebach, Düsseldorf,
ist als Erfinder genannt worden

von dem Transformator aufgenommenen und der von ihm abgegebenen Leistung ergibt. Diese Differenzlei stumg wird dem Produkt aus einem äquivalenten Ohmschen Wicklungswiderstand und dem Strotnquadrat gleichgesetzt. Durch mechanische Kupplung einer Leistungs- und einer Stromquadratmeßanordnung soll sich eine Meßanzeige ergeben, die dem Wicklungswiderstand proportional ist. Die Annahme, daß diese Differenzleistung, die die Wirkverlustleistung des Transformators darstellt, gleich dem Produkt aus Stromquadrat und dem Ohmschen Wicklungswiderstand ist, gilt nur bei eisenlosen Transformatoren und ergibt bei Transformatoren mit Eisenkern, infolge der in der Wirkverlustleistung enthaltenen Eisenverluste, ungenaue Ergebnisse. Nachdem die Eisenverluste von der Spannung abhängig sind, wird die Temperaturanzeige der Meßanordnung zusätzlich noch spannungsabhängig und ergibt — insbesondere bei auftretenden Überspannungen — unrichtige Werte. Überdies kann diese Methode nur für Transformatoren und nicht für die Messung der Wicklungstemperatur von umlaufenden Maschinen und deren Schutz verwendet werden.

Es sind auch Anordnungen angegeben worden, bei denen die Überlagerung eines Meßgleichstronis über den Wechselbetriebsstrom zur Bestimmung des Wicklungsgleichstromwiderstandes und damit der Wicklungstemperatur herangezogen wird. Soll diese Methode die Genauigkeit einfacher, bekannter thermometrischer Messungen erreichen, so sind hierfür hohe Meßströme erforderlich, die eine zusätzliche wesentliche Mehrbelastung des Wicklungsleiterquerschnittes darstellen. Die diesen Meßströmen zugeordneten — zur Vermeidung hoher Meßleistungsverluste ■— niedrigen Meßgleichspannungen lassen dann die Kon-

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taktübergangswiderstände mit in die Widerstandsmessung eingehen und führen daher zu ungenauen Meß resul taten.

Neben diesen Wicklungstemperaturbestimmungen werden auch thermometrische Methoden verwandt, die die Einbringung von Temperaturfühlern an die vermuteten wärmsten Orte der Maschine oder aber die Anordnung eines über die Wicklung verteilten Temperaturfühlers erfordern. Bei diesen Temperaturmeßmethoden wird auf die Temperatur des Wicklungsleiters von der Temperatur eines, nur einem Teil dieses Wicklungsleiters benachbarten Fühlerelementes geschlossen. Der Momentanmeßwert dieser Methoden hängt somit von der von der Wicklung durch Konvektion auf das Fühlerelement übertragenen zeitabhängigen Wärmemenge und nicht von der momentanen Temperatur der Wicklung ab. Diese Methoden können daher, wegen ihrer thermischen Trägheit, nur verzögert reagieren und sind für den Schutz der Wicklung bei plötzlichen Überlastungen unbrauchbar.

Alle diese den bisherigen Anordnungen anhaftenden Mängel werden durch die Verwendung der Erfindung behoben.

Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu der Hauptwicklung oder als ein Teil derselben in der Maschine eine Hilfswicklung aus Konstantan oder einem anderen Material, dessen Temperaturkoeffizient vernachlässigbar klein gegenüber dem der Hauptwicklung ist, eingebracht. Werden die Ströme dieser beiden Wicklungen einer Quotienten- oder einer anderen Rechenoperation oder Vergleichsgrößenmeßeinrichtung zugeführt, so' kann das unterschiedliche Verhalten der beiden Ströme nur von einer Widerstandsänderung der Hauptwicklung verursacht werden und ist daher ein Maß für deren Temperatur.

Nachdem der Widerstand der Hilfswicklung bei allen vorkommenden Temperaturen konstant bleibt, kann das Meßergebnis nur durch eine Temperaturänderung der Hauptwicklung, jedoch nicht durch eine Temperaturänderung der Hilfswicklung beeinflußt werden. Im Gegensatz zu den bekannten Meßmethoden ist die Genauigkeit der Meßanzeige der erfindungsgemäßen Anordnung somit unabhängig davon, ob die Hilfswicklung die Temperatur der Hauptwicklung bereits angenommen hat oder nicht, und die Anordnung arbeitet daher ohne jede thermische Trägheit. Überdies ergibt diese Anordnung wegen der Möglichkeit der Potentialgleichheit von Hilfs- und Hauptwicklung — auch bei Hochspannungsmaschinen — eine einfache Einbauart, und sie eignet sich sowohl für feststehende als auch für rotierende Wicklungen.

Eine Ausführungsform der Erfindung könnte z. B. aus einer — im Vergleich zum Hauptwicklungsleiter — dünnen Hilfswicklung mit vernachlässigbaren Temperatürkoeffizienten bestehen, deren Windungszahl je Volt mit der der Hauptwicklung übereinstimmt und dieser parallel geschaltet oder mit einer Anzapfung der Hauptwicklung verbunden ist. Werden die Ströme dieser beiden Wicklungen entweder direkt oder über Stromtransformatoren einer Quotientenmeßeinrichtung zugeführt, so wird sich dessen Meß anzeige unabhängig vom Belastungszustand der Maschine — entsprechend den für parallele Wicklungen geltenden Gesetzen umgekehrt wie die Ohmschen Widerstände der Haupt- und Hilfswicklung verhalten. Die Zeichnung stellt diesen Fall schematisch dar. A und B sind die Stromzuführungspunkte für die Haupt- und Hilfswicklung, C₁ D, E und F sind die Anschlußpunkte der Stromtransformatoren für die Quotientenmeßeinrichtung.

ίο Als Anzeigevorrichtung könnte z. B. eine Brückenanordnung oder ein Dreheisenquotientenmesser oder aber ein elektrodynamisches Doppelspulinstrument verwendet werden, das direkt in Temperaturgrade geeicht werden kann. Wird eine feststehende Spule des elektrodynamischen Doppelspulmeßwerkes von dem Strom einer Wicklung durchflossen, während sowohl die bewegliche als auch die zweite feststehende Spule von dem Strom der zweiten Wicklung durchflossen wird, wobei die Stromrichtung so· gewählt ist, daß die beiden auf die bewegliche Spule wirkenden Drehmomente einander entgegenwirken, so· wird der Drehungswinkel des Meßwerkzeigers nur von dem Verhältnis der beiden Ströme der Hilfs- und Hauptwicklung bestimmt und damit ein Maß für den Widerstand oder die Temperatur der Hauptwicklung sein. Um diese Anordnung zur Auslösung von Schutzvorrichtungen zu verwenden, könnte der Quotientenmesser z. B. als Kontaktinstrument ausgebildet werden. Soll der Meßwert der Meß- oder Auslöseanordnung bei einer bestimmten Temperatur der Hauptwicklung einen vorgegebenen Wert annehmen oder gleich Null werden, so kann dies durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses der Meßanordnung und eventuell Zuschaltung von festen oder veränderlichen Impedanzen oder Kompensationsspannungen erreicht werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur laufenden Widerstands- und Temperaturmessung während des Betriebes und Geber für von der Temperatur abhängigen Steuer-, Regel- oder Schutzvorrichtung elektrischer Wicklungen von Maschinen, Wandlern und Apparaten, gekennzeichnet durch eine elektrische Produkt-, Quotienten-, Prozenten-, Summen-, Differenzenoder Vergleichsgrößenmeßeinrichtung oder einer Zusammenstellung derselben, der sowohl der Strom einer Hilfswicklung, bestehend aus einem Material, dessen Temperaturkoeffizient vernachlässigbar klein gegenüber dem der Hauptwicklung ist, als auch der Strom der Hauptwicklung selbst oder Spannungen, die diese Ströme an zugeschalteten, festen oder veränderlichen Impedanzen erzeugen, zugeführt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 706 429, 764 503,
   421481;

   französische Patentschrift Nr. 1 091178;
   britische Patentschrift Nr. 129 515.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen