WO2002015200A2

WO2002015200A2 - Wickelanordnung mit einem wickelkörper und durch- oder eingeführtem lichtwellenleiter

Info

Publication number: WO2002015200A2
Application number: PCT/DE2001/003006
Authority: WO
Inventors: Thomas Bosselmann; Nils Michael Theune
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2003-02-16
Also published as: JP2004524785A; US20030156777A1; DE10139760A1; EP1310034A2; WO2002015200A3; US6847745B2

Abstract

Die Wickelanordnung enthält einen mehrschichtigen Wickelkörper (91) aus einer Vielzahl von Windungen eines Wickelbandes (93) und einen durch den Wickelkörper (91) hindurchgeführten oder in den Wickelkörper (91) hineingeführten Lichtwellenleiter (30). Der Lichtwellenleiter (30) ist im Durch- oder Einführungsbereich (95) in den Wickelkörper (91) eingewickelt und setzt sich zumindest in diesem Bereich (95) aus einer lichtführenden Faser (32) und einer darauf aufgebrachten Schutzschicht (33) zusammen. Letztere besteht vollkommen oder teilweise aus einem Schutzschichtmaterial mit einem Elastizitätsmodul von höchstens 2,5 GPa.

Description

Beschreibung

Wickelanordnung mit einem Wickelkörper und durch- oder eingeführtem Lichtwellenleiter

Die Erfindung betrifft eine Wickelanordnung mit mindestens einem mehrschichtigen Wickelkörper aus einer Vielzahl von Windungen mindestens eines Wickelbandes und einem durch den Wickelkörper hindurchgeführten oder in den Wickelkörper hineingeführten Lichtwellenleiter.

Eine solche Wickelanordnung kann beispielsweise in einem optisch überwachten elektrischen Gerät im Bereich der elektrischen Energieerzeugung und -Verteilung zum Einsatz kommen. Das elektrische Gerät kann dabei als elektrischer Generator oder auch als elektrischer Transformator ausgebildet sein. Ein solches elektrisches Gerät stellt ein sehr teueres und langlebiges Investitionsgut dar. Sein Ausfall ist gegebenenfalls mit sehr hohen Kosten verbunden. Deshalb wird zunehmend der Einsatz von einem Diagnosesystem, das insbesondere auch eine optische Messeinrichtung umfassen kann, zur frühzeitigen Erkennung von Defekten, wie beispielsweise einer Überhitzung oder einem elektrischen Überschlag, erwogen. Der konstruktive Aufbau eines in der elektrischen Energieerzeugung eingesetz- ten Geräts ist derzeit bereits in vielfältiger Hinsicht optimiert. Insbesondere ist mittlerweile eine sehr kompakte Bauweise erreicht, bei der zumindest im aktiven Teil des elektrischen Geräts ein Sensor mit einem größeren Platzbedarf nicht ohne aufwendige Umkonstruktion des elektrischen Geräts unterzubringen ist. Außerdem liegt oftmals zwischen verschiedenen Teilen eines solchen Betriebsmittels eine hohe Potenzialdifferenz, die Werte von bis zu einigen 10 kV annehmen kann. Deshalb ist ein elektrischer Sensor in einem solchen elektrischen Gerät oftmals nicht einsetzbar. Weit besser eignet sich dagegen ein optischer Sensor, insbesondere ein faseroptischer Sensor. Letzterer weist nämlich eine sehr geringe Baugröße auf. Außerdem kann dank der dielektrischen Zuleitung in Form eines Lichtwellenleiters auch eine hohe Potenzialdifferenz problemlos überbrückt werden.

Auf Grund dieser Vorteile ist eine optische Messeinrichtung zur Überwachung eines in der elektrischen Energieerzeugung und -Verteilung eingesetzten elektrischen Geräts bereits des Öfteren beschrieben worden. So offenbart der Übersichtsartikel „Fiber Sensors for Industrial Applications " von M. Lequime, 12^th Internati onal Conference on Optical Fiber Sensors, 28. -31 . 10. 1997 , pp . 66-71 , eine optische Messeinrichtung für einen elektrischen Generator. Über einen optischen Sensor wird bei dieser Messeinrichtung das Vibrationsspektrum sowie die Temperatur des zur Kühlung eines elektrischen Leiters verwendeten Kühlmittels erfasst.

Auch in dem Fachaufsatz „A Temperature Optical Fiber Sensor Network : From Laboratory Feasibili ty to Field Trial " von H. Fevri er et al . , 8^th Optical Fiber Sensors Conference, 29. - 31 . 01 . 1992 _f pp . 262-265 _r wird eine optische Messeinrichtung beschrieben. Hier dient ein faseroptisches Sensornetzwerk zur quasi verteilten Temperaturerfassung in einem 250 MW-Generator.

Eine andere optische Messeinrichtung zur Temperaturerfassung in einem 900 MW-Turbogenerator ist aus dem Fachaufsatz

„Industrial Prototype of a Fiber-Optic Sensor Network for the Thermal Moni toring of the Turbogenerator of a Nuclear Power Plant - Design, Qualifi cation, and Settlement " von C. Meunier et al . in Journal of Lightwave Technology, Vol . 13, No . 7, July 1995, pp . 1354-1361 , bekannt. Die optischen Temperatursensoren sind bei dieser Messeinrichtung auf ein Wasseranschlusselement geklebt, das sich im Austrittsbereich der Kühlmittelleitung aus einem elektrischen Leiter befindet.

Bei diesen bekannten optischen Messeinrichtungen wird jeweils nur eine indirekte Messgrößenerfassung vorgenommen, oder es fehlen konkrete Angaben darüber, wie der zuführende Licht- Lö CO M IV) P¹

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wickelanordnung werden nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merkmale sind schematisiert darge- stellt. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Wickelanordnung mit Wickelkörper und

Lichtwellenleiter als Bestandteil eines durch eine optische Messeinrichtung überwachten elektrischen Generators,

Figur 2 einen Längsschnitt durch die Wickelanordnung von Figur 1 und Figuren 3 und 4 Ausführungsformen des in der Wickelanordnung gemäß den Figuren 1 und 2 eingesetzten Licht- Wellenleiters.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 bis 4 mit den selben Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist ein elektrischer Generator 80 angedeutet, der einen Stator 81 und einen Rotor 82 beinhaltet. Der elektrische Generator 80 wird über eine optische Messeinrichtung 100, die zur optischen Messgrößenerfassung innerhalb des Generators 80 bestimmt ist, überwacht. Die optische Messein- richtung 100 enthält eine außerhalb des Generators 80 angeordnete Auswerteeinheit 70, die über einen Lichtwellenleiter 30 mit dem Innenraum des Generators 80, insbesondere mit dem Stator 81 optisch verbunden ist. Mittels eines über den Lichtwellenleiter 30 übertragenen Lichtsignals LS wird min- destens eine optische Messstelle im Generator 80 abgefragt. Der in Figur 1 dargestellte elektrische Generator 80 ist für eine hohe elektrische Leistung insbesondere von mehr als 100 MW ausgelegt.

Im Generator 80 treten Ströme von bis zu einigen kA und Potenzialunterschiede von bis zu mehreren 10 kV auf. An Stelle des in Figur 1 beispielhaft gezeigten elektrischen O O M M p ^» P¹

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Wickelkörpers 91 zwischen zwei Wicklungsschichten 92. Darüber hinaus ist beispielsweise auch mindestens ein zur Erfassung einer Messgröße vorgesehener optischer Sensor innerhalb des Wickelkörpers 91 zwischen zwei Wicklungsschichten 92 angeordnet. Dieser optische Sensor wird über den Lichtwellenleiter 30 abgefragt.

Claims

Patentansprüche

1. Wickelanordnung mit mindestens a) einem mehrschichtigen Wickelkörper (91) aus einer Vielzahl von Windungen mindestens eines Wickelbandes (93), b) einem durch den Wickelkörper (91) hindurchgeführten oder in den Wickelkörper (91) hineingeführten Lichtwellenleiter (30), wobei der Lichtwellenleiter (30) c) im Durch- oder Einführungsbereich (95) in den Wickelkörper (91) eingewickelt ist und d) sich zumindest im Durch- oder Einführungsbereich (95) aus einer lichtführenden Faser (32) und einer darauf aufgebrachten Schutzschicht (33) , die aus einem Schutzschicht- material mit einem Elastizitätsmodul von höchstens 2,5 GPa besteht oder ein solches Schutzschichtmaterial enthält, zusammensetzt .

2. Wickelanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lichtwellenleiter (30) beim Durchtritt durch die äußerste Wicklungsschicht (92a) von einer zusätzlichen Schutztülle (35) umgeben ist.

3. Wickelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schutzschichtmate- rial einen Elastizitätsmodul von höchstens 1,5 GPa hat.

4. Wickelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schutzschichtmaterial lösungsmittelfrei ist.

5. Wickelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schutzschichtmaterial einen anorganischen Feststoffanteil aufweist.

6. Wickelanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der anorganische Feststoffanteil des Schutzschichtmaterials mindestens 50% beträgt.

7. Wickelanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schutzschichtmaterial Ormocer ist.

8. Wickelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die

Schutzschicht (33) doppellagig ausgebildet ist.

9. Wickelanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine auf die Faser (32) auf- gebrachte erste Lage (36) der Schutzschicht (33) aus Polyimid und eine auf die erste Lage (36) aufgebrachte zweite Lage (37) der Schutzschicht (33) aus dem Schutzschichtmaterial bestehen.

10. Wickelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lichtwellenleiter (30) zumindest im Durchführungsbereich (95) einen Durchmesser (D l, D 2) von höchstens 1 mm aufweist.