DE10060520A1 - Vorrichtung zur Messung der Kernpressung in einem Leistungstransformator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Kernpressung eines Kerns (13), der in einem Tank (9) eines Leistungstransformators angeordnet ist. Dabei ist wenigstens ein Spannelement (1) zur Pressung von Kernblechen (2) des Kerns (13) mit einer Sensoranordnung (5) verbunden, die ein zur mechanischen Spannung im Spannelement (1) proportionales Signal liefert. Die jeweilige Sensoranordnung (5) ist dafür eingerichtet, über eine Funkverbindung mit wenigstens einer Abfrageelektronik (8) zu korrespondieren, die sich außerhalb des Tanks (9) befindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Kernpressung in einem Leistungstransformator.

Der Kern eines Leistungstransformators ist aus dünnen Siliziumstahlblechen herge­ stellt, die einen 3- oder 5-schenkligen Kern bilden, und mittels einer komplexen me­ chanischen Konstruktion verspannt und somit in dieser Form gehalten werden. Die mittels der Verspannung erreichte Pressung der Kernbleche ist wesentlich im Hin­ blick auf die Funktionalität des Transformators, insbesondere bezüglich Kurzschluß­ festigkeit und Geräuschen; auch bezüglich der Stabilität des Kerns beim Transport.

Die Transformator-Gesamtanordnung einschließlich Transformatorkern ist während der Herstellung erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt, beispielsweise durch Ofentrocknung, die einen Einfluß auf die Verspannung haben können. Auch mechanische Einflüsse sind während der Herstellung und durch den Transport zum Aufstellungsort gegeben. Während des Transformatorbetriebs verursachen insbe­ sondere Kurzschlüsse, daß die Wicklungen axiale Kräfte auf die Kernkonstruktion ausüben, die von ihr aufgenommen werden müssen.

Die nötige Pressung der Kernbleche wird üblicherweise mittels Jochbolzen und Spannverschlüssen erreicht, wobei z. B. nach einem Trocknungsprozeß eine Nach­ spannung vorgenommen werden kann.

Eine Kenntnis der damit erreichten Preßkraft ist zur Qualitätsüberwachung während der Fertigung, während und nach dem Transport für den Hersteller von Interesse. Betreiber sind ebenfalls an der Kenntnis der jeweils gegebenen Preßkraft interes­ siert, beispielsweise nach einer Standortänderung oder nach bestimmten Abschnit­ ten der Einsatzdauer. Fig. 9 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Kernpressung B in Abhängigkeit von der Zeit, wobei die Erfassung über mehrere Jahre erfolgte, und zwar jeweils nach bestimmten Ereignissen, wie z. B. während der Fertigung, nach dem Transport, oder nach Ereignissen während des Betriebs, wie z. B. nach einer Kurzschlussbelastung. Typische Off-line Messungen während der Fertigung sind z. B. Messungen während oder nach der Pressung, oder nach der Ofentrocknung. Fig. 10 zeigt einen ähnlichen Verlauf der Kernpressung 8, wobei jedoch geplante Offline- Messungen in konstanten Zeitabschnitten durchgeführt wurden.

Es ist bekannt, Spannungsänderungen in Spannteilen mittels Dehnungsmeßstreifen zu erfassen. Allerdings erfordern Meßanordnungen mit Dehnungsmeßstreifen eine Meßleitungsführung vom Meßort aus durch den Innenraum des Transformators und durch eine Kesselwand hindurch zu einer Meß- und Anzeigeeinrichtung außerhalb des Transformatorkessels. Meßleitungen sind in einer durch die Wicklungen und Stromschienen im Transformator gegeben Hochspannungsumgebung schwierig an­ zuordnen, und sind eine häufige Fehlerursache.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung einer Kernpressung in einem Leistungstransformator anzugeben, bei der eine Leitungsfüh­ rung innerhalb des Transformators vermieden ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Messung der Kernpressung in einem Leistungstransformator mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Vorrichtung ermöglicht es, jederzeit die gegebene Kernpressung meßtechnisch zu erfassen, und damit auch die nach längerer Betriebszeit noch gegebene Ver­ spannung.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen, die in Zeichnungsfiguren dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Kernteiles in einem Leistungstransforma­ tor mit auf einem Jochbolzen angeordneter Sensoranordnung,

Fig. 2 eine erste Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen,

Fig. 3 eine zweite Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen,

Fig. 4 eine dritte Variante einer Sensoranordnung auf einem Jochbolzen,

Fig. 5 eine Darstellung eines Transformatorkerns im Kessel, einschließlich Darstellung der Messanordnung,

Fig. 6 bis 8 Darstellung eines Transformatorkerns, sowie möglicher Einbauorte für Sensoren,

Fig. 9 einen typischen Verlauf der Kernpressung, die nach bestimmten Ereig­ nissen erfaßt wurde, und

Fig. 10 einen typischen Verlauf der Kernpressung, die in konstanten Zeitinter­ vallen erfaßt wurde.

Fig. 1 zeigt Kernbleche 2, die mittels Pressbalken oder Klemmplatten 3 und einem Jochbolzen 1 zu einem Kern verspannt sind. Der Jochbolzen 1 ist durch die Klemm­ platten 3 geführt, liegt aber außerhalb der Kernbleche 2. Auf den Jochbolzen 1 ist eine Sensoranordnung 5 mit zwei Sensorantennen 4 geklebt.

Fig. 2 zeigt schematisiert eine erste Anordnungsvariante, wobei auf einem Jochbol­ zen 1 mit Kreisquerschnitt ein als Chip ausgeführter Sensor 5 aufgeklebt ist. Der Sensor 5 ist als drahtloser, d. h. funkabfragbarer Miniatur-Sensor ausgeführt, der auf Druck oder Dehnung reagiert. Der Sensor 5 ist dazu mittels Anschlußdrähten 7 elek­ trisch mit wenigstens einer Hochfrequenz- oder Mikrowellenantenne verbunden, die als Sensorantenne 4 bezeichnet ist. Zwischen den Antennen 4 und dem Bolzen 1 befindet sich eine Isolationslage oder ein Isoliersubstrat 6.

Fig. 3 zeigt eine zweite Anordnungsvariante, bei der im Vergleich zur ersten Variante die Sensor/Antennen-Anordnung 4 bis 7 auf dem Bolzen 1 um 90 Grad gedreht ist.

Fig. 4 zeigt eine dritte Anordnungsvariante, bei der die Antenne 4 gegenüber dem Sensor 5 gedreht ist. Mit Anordnungen, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, kann eine optimale Ausrichtung auf eine Gegenantenne (vergl. Fig. 5) erreicht werden.

Fig. 5 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Transformatorkern 13, der in einem ge­ gebenenfalls ölgefüllten Kessel oder Tank 5 angeordnet ist. Der geblechte Kern 13 ist mittels Klemmplatten 3 und mehreren Jochbolzen 1 zusammengehalten und trägt Wicklungen, deren zugehörigen Wicklungsabstützungen 10 in der Zeichnung sicht­ bar sind. Auf - im gezeigten Beispiel vier - Jochbolzen 1 sind Sensoren 5 einschließ­ lich Sensorantennen 4 angeordnet. An durch die Wand des Tanks führende Hoch­ frequenz-Durchführungen 11 ist jeweils im Tank-Inneren eine Abfrageantenne 12 angeschlossen, außen - gegebenenfalls nur temporär - jeweils eine Abfrageelektro­ nik 8. Es versteht sich, daß die Abfrageantennen 12 und die Sensorantennen 4 je nach Gegebenheit im jeweiligen Transformator so anzuordnen sind, daß eine Funk­ verbindung möglich ist. Die Abfrageelektronik 8 enthält einen Sender und einen Empfänger sowie Steuer- und Überwachungseinrichtungen.

Die durch die Abfrageelektronik 8 in Verbindung mit dem Sensor 5 und den Anten­ nen 4, 12 gebildete Meßvorrichtung kann vorzugsweise in einer OFW-Technik aus­ geführt sein und entsprechend arbeiten. Die OFW-Technik ist beispielsweise in den Druckschriften DE-A1-44 13 211 und DE-A1-195 35 543 beschrieben.

Die Abkürzung OFW steht für akustische Oberflächenwellen. Die Funkübertragung erfolgt mit Frequenzen im Bereich von 30 MHz bis 3 GHz. OFW-Sensoren enthalten ein dünnes Plättchen aus einem piezoelektrischen Kristall als Sensorelement. Das vom Abfragegerät 8 ausgesandte Hochfrequenzsignal wird von der Antenne 4 des Sensors 5 empfangen und durch einen (Interdigital-)Wandler in eine sich ausbreiten­ de mechanische OFW umgewandelt. Über geeignete reflektierende Strukturen wer­ den die sich ausbreitenden OFW wieder zum Wandler im Sensor 5 reflektiert, wo sie in eine elektromagnetische Welle rückgewandelt und von der Antenne 4 abgestrahlt werden. Bei OFW-Sensoren muß die physikalische Größe, die gemessen werden soll, auf die Eigenschaften der akustischen Oberflächenwelle einwirken. Meistens ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Laufstrecke. Mechanische Kräfte wie Verbiegung und Druck ändern sowohl die akustische Weglänge als auch die elastischen Konstanten des Kristalls und damit die OFW-Geschwindigkeit. Aus­ gewertet werden in der Abfrageelektronik 8 die Laufzeit bzw. Phasenverschiebung, Signalamplitude und Signalform sowie die Verschiebung der Mittenfrequenz bei re­ sonanten Sensoren. Da OFW-Sensoren passive Elemente sind, d. h. auf dem Sub­ strat befinden sich weder Batterien noch aktive elektronische Elemente, eignen sie sich besonders für den langlebigen Einsatz in rauhen Umgebungsbedingungen.

Fig. 6 zeigt ebenfalls einen Transformatorenkern 13 mit zweckmäßigen Positionen für die Anordnung von Sensoren 5 auf Jochbolzen, wobei mit gestrichelten Linien auf zwar wünschenswerte, aber bezüglich der Antennenanordnung schwieriger zu reali­ sierender Funkverbindungen hingewiesen wird. Auch die Fig. 7 und 8 zeigen mögliche Einbauorte für Sensoren 5.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung der Kernpressung eines Kerns (13), der in einem Tank (9) eines Leistungstransformators angeordnet ist, wobei

• a) wenigstens ein Spannelement (1) zur Pressung von Kernblechen (2) des Kerns (13) mit einer Sensoranordnung (5) verbunden ist, die ein zur mecha­ nischen Spannung im Spannelement (1) proportionales Signal liefert, und
• b) die jeweilige Sensoranordnung (5) dafür eingerichtet ist, über eine Funkver­ bindung mit wenigstens einer Abfrageelektronik (8) zu korrespondieren, die sich außerhalb des Tanks (9) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisie­ rung der Funkverbindung die jeweilige Sensoranordnung (5) mechanisch und elek­ trisch jeweils mit wenigstens einer Sensorantenne (4) verbunden ist, und innerhalb des Tanks (9) wenigstens eine Abfrageantenne (12) angeordnet ist, die jeweils mit­ tels einer HF-Durchführung (11) elektrisch mit einer der Abfrageelektroniken (8) ver­ bunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (5) unter Zwischenfügung eines Isoliersubstrats (6) auf das Span­ nelement (1) aufgeklebt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kombination von Abfrageelektronik (8) und Sensoranordnung (5) dafür eingerichtet ist, ein von der Abfrageelektronik (8) gesendetes Hochfrequenzsi­ gnal in der Sensoranordnung (5) zu empfangen und in eine mechanische Oberflä­ chenwelle umzuwandeln, die sich im Sensor (5) ausbreitet, reflektiert wird, nach Rückwandlung in eine elektromagnetische Welle zur Abfrageelektronik (8) gesendet, dort empfangen und ausgewertet wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoranordnung (5) ein OFW(akustische Oberflächenwellen)- Sensorelement enthält.