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Leckanzeigevorrichtung für flüssigkeitsgekühlte Wicklungen von elektrischen
Maschinen Bei flüssigkeitsgekühlten Wicklungen elektrischer Maschinen, die in jüngerer
Zeit eine zunehmende Rolle spielen, ist nicht ausgeschlossen, daß Undichtigkeiten
in den Kühlkanälen der Wicklungen, insbesondere deren Hohlleitern auftreten und
zu Störungen Veranlassung geben. Es ist daher erwünscht, bei derartigen Maschinen
Üb erwachungseinrichtungen vorzusehen, die es ermöglichen, das Eintreten von Undichtigkeiten
so schnell wie möglich zu erkennen.
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Die Erfindung behandelt die Aufgabe, für flüssigkeitsgekühlte Wicklungssysteme
von Maschinen, Transformatoren und anderen elektrischen Apparaten, bei denen eine
Kühlflüssigkeitsmenge, z. B. destilliertes Wasser, mittels einer Pumpe in einem
geschlossenen Kreis durch Kanäle in der Wicklung oder den Wicklungsleitern hindurchgepreßt
wird, eine obere wachungseinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, bereits verhältnismäßig
kleine Undichtigkeiten in dem Kühlkreis, insbesondere den Kanälen der Wicklung,
in kürzester Zeit anzuzeigen oder Schaltimpulse zum Schutze der Anlage auszulösen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Kühlmittelleitung
zwischen dem Saugstutzen der Pumpe und dem Kühlmittel au stritt aus dem Generator
ein an den Kühlmittelkreis angeschlossenes Anzeigerohr kleinen Querschnittes angeschlossen
ist, dessen druckabhängige Pegelhöhe beim Eintreten von Undichtigkeiten in der Wicklung
sich ändert.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht darauf, daß beim Eintreten
eines Leckes in den Kühlkanälen der Wicklung die aus dem Kühlkreis der Wicklung
angesaugte Fördermenge abfällt. Infolge der Wirkungsweise der Pumpe ergibt sich
nun, daß die Pumpe das Bestreben hat, die Förderung unverändert aufrechtzuerhalten
und als Ersatz für die Leckwassermenge dem vorgeschalteten Ansaugrohr eine entsprechende
Flüssigkeitsmenge entnimmt, wodurch der Flüssigkeitsspiegel des einen verhältnismäßig
kleinen Querschnitt aufweisenden Ansaugrohres sinkt. Das Ansaugrohr kann nun mit
Schwimmerkontakten od. dgl. versehen werden, um Anderungen der Spiegelhöhe (des
Pegelstandes) zum Schließen von Kontakten und zur Abgabe von Impulsen auszunutzen,
die ein optisches oder akustisches Signal geben oder, wenn eine größere Pegelstandsänderung
eingetreten ist, Schaltvorgänge auslösen, um die Maschine zu schützen, insbesondere
abzuschalten. Zweckmäßigerweise wird man ein Kontaktpaar vorsehen, um bei einem
Feinleck Anzeigevorrichtungen zu steuern bzw. durch einen zweiten Kontakt beim Auftreten
eines gröberen Leckes - wie. angedeutet - schützende Schaltvorgänge auszulösen.
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Man kann, wenn derüberdruck in demKühlsystem keinen größeren Wert
hat, das Anzeigerohr so anordnen und ausbilden, daß auf der an die Saugleitung der
Pumpe angeschlossenen Säule der Atmosphärendruck lastet. Soll in dem Kühlkreis ein
Überdruck von beispielsweise 1,5 atü herrschen, so müßte das Anzeigerohr dann mindestens
eine Länge von 15 m haben. In vielen Fällen wird dies jedoch kaum anwendbar sein.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann daher der Flüssigkeitsspiegel
in dem Anzeigt rohr unter einem höheren Druck gehalten werden, beispielsweise kann
aus einem Stickstoffbehälter über eine Druckregelanordnung dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
in dem Anzeigerohr vorhandenen Raum Stickstoff unter einem bestimmten Druck zugeführt
werden, wodurch es ermöglicht wird, die Länge des Anzeigerohres wesentlich herabzusetzen.
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Eine Anzeigevorrichtung der vorerwähnten Art hat zur Voraussetzung,
daß in dem Kühlflüssigkeitssystem an irgendeiner Stelle ein Ausgleichbehälter vorhanden
ist, durch den die bei Erwärmung und Abkühlung eintretenden Volumenänderungen der
Kühlflüs sigkeit sich ausgleichen können, ohne daß die leckanzeige vorrichtung hierdurch
gestört wird. Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann in besonders günstiger
Weise ein Ausgleichgefäß zur Ermöglichung
der Volumenänderungen
der in dem Kühlkreis vorhandenen Flüssigkeit der Anzeigevorrichtung in solcher Weise
unmittelbar zugeordnet werden, daß Volumenänderungen der Kühlflüssigkeit keine störenden
Pegelstandsänderungen in dem Anzeigerohr bewirken.
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Gemäß der Erfindung wird in diesem Falle das Ausgleichgefäß in gleicher
Weise wie die Anzeigevorrichtung an der Pumpensaugleitung zwischen Pumpe und Kühlflüssigkeitsaustritt
des Generators angeordnet und dabei das Ausgleichgefäß mit einer Einrichtung versehen,
die ein unverzögertes Überströmen des Kühlmittels aus der unter Druck stehenden
Saugleitung in den Ausgleichbehälter ermöglicht, dagegen in der Regel eine rückwärtige
Strömung aus dem Ausgleichbehälter in die Pumpensaugleitung verhindert, so daß bei
Eintritt eines Lecks aus dem Anzeigerohr unter Änderung des Pegelstandes Flüssigkeit
entnommen und der Pegelstand stark verringert wird. Vorzugsweise wird hierbei der
Ausgleichbehälter, dessen Flüssigkeitsspiegel ebenso wie der Flüssigkeitsspiegel
des Anzeigerohres unter Gasdruck steht, über ein Rückschlagventil mit der Pumpenansaugeleitung
verbunden. Infolgedessen kann bei zunehmendem Volumen aus der Pumpenansaugeleitung
die Kühlflüssigkeit genau so wie das Anzeigerohr in den ein verhältnismäßig großen
Querschnitt gegenüber dem Anzeigerohr aufweisenden Flüssigkeitsbehälter überströmen.
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Ist der Querschnitt des Ausgleichbehälters genügend groß, so bleiben
die Pegelstandsänderungen infolge der Volumenänderung der Flüssigkeit praktisch
ohne Einfluß auf die Spiegelhöhe in dem Anzeigerohr. Um auch bei abnehmender Temperatur
und entsprechend kleiner werdendem Volumen die Arbeitsweise der Anzeigevorrichtung
zu sichern, wird erfindungsgemäß weites eine Einrichtung vorgesehen, die ein Rückströmen
der Flüssigkeit aus dem Ausgieichbehälter ohne störende Beeinträchtigung des Anzeigerohres
gestattet Eine einfache Lösung besteht darin, daß parallel zu dem Rückschlagventil
ein gesteuertes Ventil, z. B. ein Magnetventil, vorhanden ist, das bei Abnehmen
der Temperatur der Kühlflüssigkeit und Verringerung von deren Volumen unter gewissen
Bedingungen zeitweilig oder vorübergehend geöffnet wird. Hierdurch wird ein Absinken
des Flüssigkeitsspiegels in dem Anzeigerohr praktisch unmöglich gemacht. Die Betätigung
des erwähnten Steuerventils kann von einer Temperaturschalteinrichtung abhängig
gemacht werden, die bei sinkenden Temperaturen der Kühlflüssigkeit wenigstens einen
zeitlich begrenzten Impuls gibt, um durch Öffnen des Steuerventils entsprechend
den Volumenänderungen der Kühlflüssigkeit einen Niveauausgleich zwischen Ausgleichbehälter
und Anzeigerohr herbeizuführen.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Zeichnung erläutert
werden, die ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wiedergibt. In dem Schaltschema
der Figur ist mit 1 ein Teil der Wicklung angedeutet, deren parallelen Einzelkühlkreisen
über ein System von Ring- und Sammelleitungen 2 gereinigtes Kühlwasser (destilliertes
Wasser) zugeführt werden kann. In das Kühlkreisleitungssystem 3 ist eine Pumpenanlage
4 eingeschaltet, die aus einer Hauptpumpe 5 mit Drehstromantriebsmotor und einer
Hilfspumpe 5 a mit Gleichstrom antriebsmotor und Batteriespeisung besteht. Das Pumpenaggregat
5 fördert nun auf seiner Druckseite das flüssige Kühlmittel in ein Kühlersystem
6 aus zwei parallelen Rückkühlern 6 a, 6 b,
welche die Möglichkeit bieten, das von
der Pumpe geförderte, infolge Erwärmung im Generator warme Kühlwasser des geschlossenen
Kühlkreises rückzukühlen. 7 ist ein Rückkühlwasserkreis, der zur Abfuhr der Wärme
aus dem. Kühieraggregat selbst dient.
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8 und 9 bedeuten ein Mischbettfilter sowie ein Aktivkohlefilter, die
dazu dienen, das Wasser zu filtern und den erforderlichen Reinheitsgrad des Wassers
aufrechtzuerhalten. Aus dem Pumpenkühler und Filter enthaltenden Druckkreis 3 a,
3 des Flüssigkeitskühlsystems gelangt nun das rückgekühlte und gereinigte Kühlwasser
über die Sammelleitungen 2 in die zu kühlende Generatorwicklung 1. Aus der Wicklung
strömt das im Generator erwärmte Kühlmittel, welches immer noch einen gewissen Überdruck
aufweist, z. B. 1,8 atü, in die Saugleitung 3 b (Pumpenansaugleitung), die zu dem
Saugstutzen des Pumpenaggregates geführt ist. Möglichst in der Nähe des Pumpenaggregates
ist ein Anzeigerohr 10 angeordnet, das einen kleinen Querschnitt aufweist und an
die Saugleitung 3 b angeschlossen ist. In dem Anzeigerohr 10 stellt sich ein Flüssigkeitsspiegel
entsprechend dem Überdruck des Ansaugerohres 3 b ein. Um die Länge des Ansaugerohres
zu begrenzen, wird dem abgeschlossenen Ansaugerohr über eine Druckleitung 11 beispielsweise
aus einem Stickstoffbehälter über ein in der Zeichnung nicht wiedergegebenes Druckregelsystem
Stickstoff unter einem bestimmten Druck zugeführt, wodurch ein bestimmter Gegendruck
in dem Anzeigerohr herbeigeführt wird. In dem Anzeigerohr sind - wie schematisch
gezeigt - in dem oberen bzw. unteren Teil pegelstandsabhängige Kontakte 12 und 13
vorhanden, die bei kleinen bzw. großen Ånderungen des Flüssigkeitsspiegels in dem
Anzeigerohr zum Ansprechen kommen und dazu dienen, optische oder akustische Anzeigestromkreise
zu steuern oder Schaltvorgänge zum Schutze des Generators auszulösen, sobald die
Pegelstandsänderungen ein gewisses Maß überschritten haben. Vorzugsweise ist der
Kontakt 12 zur Feinleckanzeige vorgesehen, während der Kontakt 13 die Abschaltung
des Generators beim Auftreten eines gröberen Leckes und einer starken Druckabsenkung
in der Pumpensaugleitung 3 b herbeiführt.
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Um nun die Arbeitsweise des Anzeigerohres unabhängig von den Volumenänderungen
zu machen, die innerhalb des geschlossenen Kühlsystems durch die sich ändernde Erwärmung
der Kühlflüssigkeit eintreten, ist vorzugsweise in der Nähe des Anzeigerohres ein
Ausgleichbehälter 14 vorhanden. Der Ausgleichbehälter weist einen wesentlich größeren
Querschnitt als das Anzeigerohr 10 auf. Beispielsweise stehen die Querschnittsflächen
im Verhältnis 600: 1 bis 1000 :1.
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Der Ausgleichbehälter ist einerseits über die Leitung 15 mit Rückschlagventil
16 mit der Saugleitung 3 b verbunden. Infolgedessen kann, wenn der Druck in der
Saugleitung 3 b größer ist als in dem Ausgleichbehälter, Kühlflüssigkeit aus der
Leitung 3 b in den Ausgleichbehälter in gleicher Weise übertreten wie in das Anzeige
rohr. Genau wie bei letzterem kann durch Anschluß an die Stickstoffdruckleitung
11 in dem Ausgleichbehälter 14 ein Druck hervorgerufen werden.
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Außerdem steht aber der Ausgleichbehälter über eine Rückströmleitung
17 mit der Saugleitung 3 b in Verbindung, um bei einer infolge Temperaturabsinkung
eintretenden Volumenänderung der Kühlflüssigkeit einen Ausgleich der Spiegelhöhen
im Ausgleichbehälter und Anzeigerohr möglich zu machen.
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In der Leitung 17 ist zu diesem Zwecke das steuerbare Ventil 18 (Magnetventil)
vorhanden, das in gewissen Zeitintervallen geöffnet wird und das Überströmen der
in dem Ausgieichbehälter befindlichen Flüssigkeitsmenge möglich macht. Dieses Ventil
wird durch eine in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem Leitungsabschnitt
3 b arbeitende Temperaturschalteinrichtung dann geöffnet, wenn ein Sinken der Temperatur
und damit eine Volumenverringerung eintritt. Diese mit 19 bezeichnete Temperaturschalteinrichtung
wirkt beim Erreichen bestimmter Temperaturwerte auf ein Zeitrelais oder eine Zeitschaltvorrichtung
20 ein, die nach dem Ansprechen des Temperaturwerkes eine begrenzte Zeit das steuerbare
Ventil 18 öffnet. Im allgemeinen werden bei entsprechender Bemessung des Ventilquerschnittes
und der Leitung nur wenige Sekunden erforderlich sein, das Rückströmen der Flüssigkeitsmenge
aus dem Ausgleichbehälter bei sinkender Temperatur zu ermöglichen, so daß in der
übrigen Zeit die Funktionsfähigkeit der Anzeigevorrichtung (des Anzeigerohres 10)
vorhanden ist. Zwecks Kontaktgabe nur bei fallenden Temperaturen weist die Vorrichtung
19 einen Schleppkontakt auf. Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung beruht
nun darauf, daß bei dem Eintreten einer Leckstelle der Saugleitung 3 b eine entsprechend
der Leckflüssigkeitsmenge verringerte Kühlflüssigkeitsmenge von Seiten des Generators
zuströmt. Da das Pumpenaggregat aber in seiner Wirkung unverändert ist, ergibt sich,
daß das Pumpenaggregat die Tendenz hat, aus der Saugleitung 3 b die gleiche Flüssigkeitsmenge
anzusaugen. Da nun die vom Kühlsystem des Generators anfallende Flüssigkeitsmenge
kleiner geworden ist, hat die Pumpe daher das Bestreben, die fehlende. Menge entsprechend
der Leckwassermenge dem Anzeigerohr zu entnehmen, da ein Abströmen von Kühlflüssigkeit
aus dem Ausgleichbehälter durch das Rückschlagventil 16 und das Schaltventil 18
vollkommen oder im wesentlichen verhindert wird. Der Kühlflüssigkeitsspiegel im
Anzeigerohr sinkt daher. Schon bei einer kleinen Pegelstandsänderung kommt das pegelstandsabhängige
Kontaktsystem 12 zur Wirkung, wodurch eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise in
der Warte des Kraftwerkes, eingeschaltet wird. Ist das Leck größer, wird auch der
untere pegelstandsabhängige Kontakt 13 wirksam werden und das Auftreten des größeren
Leckes anzeigen bzw. eine Abschaltung des Generators herbeiführen.