DE1024630B - Messanordnung zum Feststellen der temperaturbedingten Belastungsreserve bei Transformatoren, Drosselspulen od. dgl. - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Elektrische Maschinen und Geräte, z. B. Transformatoren oder Drosselspulen, werden so bemessen, daß die Erwärmung der Wicklung oder des wärmsten Teiles einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei Öltransformatoren üblicher Bauart ist z. B. für die Wicklungen eine Höchsttemperatur von 105° C festgelegt. Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, mit denen die Temperatur der aktiven Teile, insbesondere der Wicklungen von Transformatoren und anderen elektrischen Geräten, oder auch der Temperaturunterschied dieser Teile gegenüber dem Öl ermittelt werden kann. Beispielsweise hat man bereits bei einem Transformator sowohl an einer Wicklung wie im umgebenden Öl Temperaturfühler zur gleichzeitigen Messung der jeweiligen Temperatur bzw. Temperaturdifferenz angeordnet.

Liegt eine so ermittelte Wicklungstemperatur unter der zulässigen Höchsttemperatur, so besagt dies zwar, daß noch eine Steigerung der Belastung möglich ist, jedoch läßt sich über die ohne Überschreitung der zulässigen Höchsttemperatur noch mögliche Belastungssteigerung und ebenso über die vorhandene Belastung danach nichts Quantitatives aussagen.

Für die Betriebsführung ist es wichtig, nicht nur zu wissen, welche Spitzenbelastung bei einer bestimmten Vorbelastung eines Transformators od. dgl. noch möglich ist, sondern vor allem auch welche Steigerung der Dauerbelastung dem Transformator noch zugemutet werden kann. Darum ist es zweckmäßig, wenn eine Meßanordnung geschaffen wird, die Belastung und Belastungsreserve unmittelbar in Zahlenwerten anzeigt und daher leicht und auch für einen ungelernten Bedienenden ablesbar ist. Eine solche Meßanordnung bildet den Gegenstand der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist eine Anzeigevorrichtung mit zwei Meßwerken mit gleichen Meßwerkkonstanten, koaxialen Anzeigegliedern und zu den gemessenen Temperaturen proportionalen Ausschlag vorgesehen, von denen eines an einen Temperaturfühler im zuströmenden Kühlmittel und das andere an einen Temperaturfühler am wärmsten Bauteil der kontrollierten Anordnung, z. B. an einer Wicklung, angeschlossen ist, und eines der Meßwerke ist an eine bewegliche Skala und das andere an einen Zeiger derart angeschlossen, daß die Differenz der Ausschläge am Zeiger auf der Skala abgelesen werden kann, wobei über Zeiger und Skala noch eine feste, einer vorgegebenen Grenztemperatur entsprechende Marke vorgesehen ist.

Es leuchtet ein, daß z. B. ein Transformator bei winterlichen Temperaturen des zuströmenden Kühlmittels höher belastet werden kann als bei Sommertemperaturen. Dabei ist bei einem Öltransformator unter diesem Kühlmittel nicht das Öl zu verstehen, Meßanordnung zum Feststellen der

temp er aturb edingten B elas tungsr es er ve

bei Transformatoren, Drosselspulen od. dgl.

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dipl.-Ing. Karl Schlosser, Mannheim-Käfertal,
ist als Erfinder genannt worden

das ja nur als Wärmeträger dient, sondern dasjenige Medium, welches das Öl kühlt, also z. B. die von einer Kühlvorrichtung angesaugte Kühlluft oder das Kühlwasser.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß zwischen der Temperatur der Wicklung, der Kühlmitteltemperatur und der Belastung ein funktioneller Zusammenhang besteht, daß also, wenn beispielsweise diese beiden Temperaturen bekannt sind, auf die Belastung und damit auf die noch vorhandene Belastungsreserve geschlossen werden kann.

Die Kenntnis der auf irgendeine Weise, beispielsweise mit Hilfe eines thermischen Abbildes, gemessenen Temperatur der Wicklung allein gestattet noch keinen Schluß auf die gerade vorhandene Belastung des Transformators, denn man weiß nur, daß die Temperatur der Wicklung 105° C nicht überschreiten soll und daß man bei einer Temperatur unterhalb dieses Wertes eine gewisse Belastungsreserve hat. Die Größe dieser Belastungsreserve ist auch nicht zu ersehen.

Mit Hilfe des Diagramms nach Fig. 1 ist dies jedoch möglich, wenn man die Temperatur des zuströmenden Kühlmittels mit berücksichtigt. Dort ist für einen Transformator die Abhängigkeit der Wicklungstemperatur α von der Belastung N und der Kühlmitteltemperatur als Parameter zwischen +35 und —40° C aufgetragen. Hierbei seien der voll ausgezogene Teil der +35^O-Kurve experimentell und die übrigen ausgezogenen Kurven durch Parallelverschieben zur Ordinatenachse um die jeweilige Differenz zu +35° C gewonnen. Dieses Parallelverschieben setzt allerdings voraus, daß bei einer bestimmten Belastung die Über-

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temperatur der Wicklung unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels bleibt, was in Wirklichkeit nicht genau zutrifft. Zum Beispiel ist der Widerstand der Wicklung temperaturabhängig; er ist bei gleicher Belastung bei einer niedrigeren Kühlmitteltemperatur kleiner als bei einer höheren. Das bedeutet, daß die Kupferverluste bei niedrigerer Kühlmitteltemperatur zurückgehen, so daß die Temperatur der Wicklung und ebenso die Öltemperatur etwas niedriger liegen,

Nennlast ist und der Temperaturunterschied zwischen Wicklung und Öl gemäß Fig. 2 mit steigender Belastung größer wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Fig. 3 bis 6 erläutert.

In Fig. 3 spielen zwei bei 3 koaxial gelagerte Zeiger 1 und 2 zweier Meß werke über Kreisbogen skalen 4 und 5. Auf der Skala 4 sind in linearer Teilung die Temperaturgrade von —40 bis +120° C, auf der

als durch das Parallelverschieben angegeben wird. io Skala 5 die Leistungen in Prozenten, die zu den je-Adi läß di Kühlik d ili T h d O°K

Andererseits läßt die Kühlwirkung des g Systems durch die größere Zähigkeit des Öles bei niedrigeren Temperaturen etwas nach, was eine etwas höhere Wicklungs- und Öltemperatur bedingt. Die bei-

k d

weiligen Temperaturen nach der O°-Kurve in Fig. 1 gehören, aufgetragen. Die Skala5 ist mit dem Zeiger 1 starr verbunden, so daß sie entsprechend der Bewegung dieses Zeigers gegenüber der festen Skala 4 ver-

den genannten Einflüsse wirken somit gegeneinander, 15 schoben wird. Der Zeiger 1 des einen Meßwerkes zeigt

so daß die tatsächlichen Abweichungen gegenüber den die Kühlmitteltemperatur, der Zeiger 2 des anderen

durch Parallelverschieben gewonnenen Kurven gering Meßwerkes die Temperatur der Transformatorwicksind und eine für den praktischen Gebrauch genügende lung auf der Skala 4 an. Der Unterschied der durch

Genauigkeit gegeben ist. Einer gemessenen Wick- die Zeiger 1 und 2 gezeigten Werte gibt auf der

lungstemperatur von z. B. 60° C entspricht bei einer 20 Skala 4 die Übertemperatur der Wicklung und auf

Kühlmitteltemperatur beispielsweise gemäß der +35°- der Skala 5 durch den Zeiger 2 einen Maßstab für die

Kurve eine Belastung von 36% der Nennlast oder Belastung an. Auf der Skala 4 ist durch eine Marke 6

eine Belastungsreserve von 64%, da bei +35° C die höchstzulässige Wicklungserwärmung des als Bei-

Kühlmitteltemperatur die Wicklung die zulässige spielt gewählten Transformators mit 105° C beson-

Höchsttemperatur von +150° C gerade bei der Nenn- 25 ders angegeben.

last (= 100%)) erreicht. In einem anderen Falle seien In Fig. 3 zeigt der Zeiger 1 die Kühlmitteltempe-

die Kühlmitteltemperatur +20° C und die Wicklungs- ratur mit 0° C an, während die Temperatur der Wick-

temperatur ebenfalls +60° C, dann ist der Transfor- lung +60° C ist. Die Übertemperatur ist also

mator mit 64% belastet und kann bis zu 114% der +6O⁰C. Weiter sind abzulesen die augenblickliche

Nennlast belastet werden, ohne daß seine Wicklungs- 30 Belastung des Transformators mit 90% der Nennlast

temperatur +105° C übersteigt, denn die +20°- und die Belastungsreserve mit 40%, denn die feste

Kurve schneidet die bei +105° C zur Abszisse gezo- Marke 6 zeigt auf den 130% der Nennlast ent

gene Parallele bei 114% N. Die Belastungsreserve ist in diesem Falle 114—64=50% der Nennlast. Oder bei einer Kühlmitteltemperatur von 0° C und einer Wicklungstemperatur von +60° C ist der Transformator mit 90 % belastet, es bleibt eine Belastungsmöglichkeit bis auf 130% der Nennbelastung, die Belastungsreserve ist 40%. Bei einer Kühlmitteltempe-

sprechenden Skalenstrich der Skala 5, und die Reserve ergibt sich als Unterschied zwischen 130 und 90%. Im Beispiel der Fig. 4 sind die Kühlmitteltemperatur + 20° C und die Wicklungstemperatur wiederum 60° C. Danach lassen sich eine Übertemperatur von +40° C, eine augenblickliche Belastung von 64% der Nennlast, eine noch mögliche Belastung bis 114%

augenblickliche Belastung des Transformators ist 112% der Nennlast und die Belastungsreserve ergibt sich zu 34% (146—112).

Wenn statt der Wicklungstemperatur die mit dieser

ratur von —20° C und einer Wicklungstemperatur 40 (Marke 6), und eine Belastungsreserve von 50% von +60° C ist der Transformator bereits mit 112% (114—64) ablesen.

belastet, er verträgt aber eine Belastung bis 146% der In Fig. 5 werden eine Kühlmitteltemperatur von

Nennlast, d. h. eine Belastungssteigerung von 34%. —20° C und eine Wicklungstemperatur von +60° C

Bei Transformatoren, Drosselspulen u. dgl., die sich festgestellt, die Marke 6 zeigt auf 146% der Nennlast, in einem Ölkasten befinden, besteht zwischen der 45 Die Übertemperatur ist mit 80° C abzulesen, die Wicklungsübertemperatur und der Ölübertemperatur
bei einer bestimmten Belastung des Gerätes ein festes
Verhältnis. Beim Vorliegen eines solchen Verhält-

nisses zwischen den Übertemperaturen der Wicklung p

und den Temperaturen des diese umgebenden Mediums 5<> Temperatur bei einer bestimmten Belastung in einem kann auch die Temperatur des Mediums an Stelle der festen Verhältnis stehende Öltemperatur gemessen Wicklungstemperatur gemessen und verwendet werden. wird, ist der Abstand zwischen den Zeigern 1 und 2 Ein Beispiel für das Verhältnis der Wicklungs- die Ölübertemperatur, und die Skala 5 muß entübertemperatur und der Übertemperatur des Öles ist sprechend der Koordination von ölübertemperatur in Fig. 2 dargestellt. Die Kurve Wi stimmt mit der 55 und Leistung gemäß Fig. 2 geeicht sein. An Stelle der 0°-Kurve in Fig. 1 überein. Aus der Ölkurve kann auf Festmarke 6 für die maximale Wicklungstemperatur die Belastung geschlossen werden. muß jetzt ein mehr oder weniger großer Bereich für

Ähnlich wie hier können auch die anderen Wick- die höchstzulässige Öltemperatur angegeben werden, lungskurven in Fig. 1 durch entsprechende ölkurven da bei niedrigerer Kühlmitteltemperatur die höchstersetzt werden, und aus der Schar dieser Ölkurven 60 zulässige Öltemperatur kleiner sein muß als bei

höherer, wenn die Wicklungstemperatur 105° C nicht übersteigen soll.

An der schematischen Darstellung nach Fig. 6 seien

j Aufbau und Wirkungsweise der zweiten Vorrichtung

die zulässige Ölhöchsttemperatur bei verschiedenen 65 erläutert.
Kühlmitteltemperaturen kein Festwert entsprechend Ein Zeiger 12 des Meßwerkes, das die Temperatur

der Wicklung oder des diese umgebenden Mediums mißt, bewegt sich längs der in Temperaturgraden ge-

kann man die gleichen Schlüsse auf die Belastung ziehen wie vorher. Die Antwort auf die Frage der jeweiligen Beiastungsreserve an Hand der Ölkurvenschar ist jedoch nicht so einfach wie vorher, weil für

der Wicklungstemperatur 105° C angegeben werden kann. Der Höchstwert sinkt mit fallender Kühlmitteltemperatur, weil bei niedrigen Werten der Kühlmittel-

g g

eichten Skala 14. Unterhalb dieses Zeigers ist parallel

p g

temperatur die maximale Belastung größer als die 7° zu seiner Bewegungsfläche und parallel zur Skala 14

eine körperliche Fläche, z. B. ein Band 7., verschiebbar, gesteuert von der Bewegung des zweiten, die Kühlmitteltemperatur messenden Meßwerkes. Auf dieser Fläche 7 ist senkrecht zu seiner Bewegung die Einteilung 15 !entsprechend der Abszisse in den Fig. 1 und 2 aufgetragen. Außerdem ist auf diese Fläche die Kurve 8, die der Nullgradkurve des in Fig. 1 dargestellten Diagramms entspricht, in der richtigen Lage zu der Einteilung 15 gezeichnet. An dem der Skala 14 zugewendeten Ende der Einteilung 15 ist eine zeigerartige Spitze 11 eingezeichnet, so daß mit dem so entstandenen Zeiger 11., 15 auf der Skala 14 die Kühlmitteltemperatur abgelesen werden kann. Da sich der Zeiger 12 über die ganze Breite der Fläche 7 erstreckt, schneidet er die unter ihm bewegte Kurve 8. Der Schnittpunkt 9 gibt wie im Diagramm nach Fig. 1 die jeweilige Belastung 9' auf der Einteilung 15 an, während der Schnittpunkt 10 der Kurve 8 und einer geradlinigen, feststehenden Marke 16, die sich in Höhe des Wertes 105° C der Skala 14 quer über das Band 7 erstreckt, auf der Einteilung 15 die noch mögliche Belastung 10' ablesen läßt. Der Unterschied zwischen 10' und 9' ist die Belastungsreserve.

Die Zeiger 12 und 11 könnten natürlich, anstatt daß sie in Ebenen bewegt werden, zu koaxial sich drehenden Meßwerken gehören, deren bewegliche Teile konzentrische, durchsichtige Zylinder sind, auf denen einerseits der Zeiger 12 und andererseits der Zeiger 11 und die Einteilung 15 mit der Kurve 8 angebracht sind, während die Skala 14 und die geradlinige Marke 16 feststehen. Überhaupt sind viele Möglichkeiten vorhanden, Meßgeräte nach den dargelegten Grundsätzen zu bauen. Die Erfindung soll nicht auf die beiden Ausführungsbeispiele beschränkt sein.

Mit dem kombinierten Temperaturmeßgerät nach der Erfindung ist es möglich, jederzeit mit einem Blick Belastungszustand der Maschine oder eines Gerätes und Belastungsreserve festzustellen.

Claims (1)

Patentansprüche: 40 gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung mit zwei Meßwerken mit gleichen Meßwerkkonstanten, koaxialen Anzeigegliedern und zu den gemessenen Temperaturen proportionalen Ausschlag vorgesehen ist, von denen eines an einen Temperaturfühler im zuströmenden Kühlmittel und das andere an einen Temperaturfühler am wärmsten Bauteil der kontrollierten Anordnung, z. B. an einer Wicklung, angeschlossen ist, und daß eines der Meßwerke an eine bewegliche Skala und das andere an einen Zeiger derart angeschlossen ist, daß die Differenz der Ausschläge am Zeiger auf der Skala abgelesen werden kann, wobei über Zeiger und Skala noch eine feste, einer vorgegebenen Grenztemperatur entsprechende Marke vorgesehen ist. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Skala in Prozenten der Nennbelastung geeicht ist, wobei die feste Marke an der beweglichen Skala die maximale Belastbarkeit im Vergleich zur Nennbelastung anzeigt. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Skala mit einem Zeiger starr verbunden ist, der gleichzeitig mit dem Zeiger des zweiten Meßwerkes über einer feststehenden Skala beweglich angeordnet ist, die vorzugsweise in Temperaturgraden geeicht ist. 4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an das eine Meßwerk angeschlossene Skala als Trommelskala (7) ausgebildet ist, auf die die Abhängigkeit der Wicklungstemperatur von der Belastung bei der Normtemperatur des Kühlmittels als Kurve (8) so aufgetragen ist, daß ein Schnittpunkt des an das zweite Meßwerk angeschlossenen, entsprechend geführten Zeigers (12) mit der Kurve sowie ein Schnittpunkt dieser Kurve mit der entsprechend angeordneten festen Marke (16) mit dazugehörigen Zahlenwerten ablesbar sind.

1. Meßanordnung zum Feststellen der tempera- In Betracht gezogene Druckschriften:

turbedingten Belastungsreserve bei Transforma- Deutsche Patentschriften Nr. 949 355, 529 640;

toren, Drosselspulen od. dgl. mit Temperaturfüh- deutsche Auslegeschrift B 2990 VIIb/21d³ belern an Orten verschiedener Temperatur, dadurch 45 kanntgemacht am 19. 1. 1956).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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