DE861132C - Circuit for temperature monitoring of transformers or the like by means of thermal images - Google Patents

Description

Schaltung zur Temperaturüberwachung von Transformatoren od. dgl. mittels thermischer Abbilder Die Begrenzung einer Trans,formatorlast nach Maßgabe des Nennstromes allein ist .unzureichend und nur ein Behelf. Auch die Überwachung der Öltemperatur ist nur für kleine,. langdauernde Überlastungen brauchbar, aber nicht für kurzzeitige große Überlastungen, weil die Öltemperatur nur langsam ider Wicklungstemperatur folgt, so daß kurzzeitige große Überlastungen erst sehr viel später erkennbar werden. Die zulässige Grenze einer Transformatorbelastung ist durch die zulässige Höchsttemperatur des aktiven Materials bestimmt. Sie beträgt etwa io5° C für die Leiterisolierung, bezogen auf eine Lebensdauer des Transformators von 7 Jahren. 8° C weniger verdoppeln, 8'° C mehr halbieren jeweils, die Lebensdauer, und es wurde festgestellt, @daß Temperaturspitzen von i2o bis z25° C Leitertemperatur für einige .Minuten Dauer ohne wesentlichen Ei,nfiuß auf @die Lebensdauer sind, (die durch die Haltbarkeit der Leiterisolierung gegeben ist.Circuit for temperature monitoring of transformers or the like. By means of thermal replicas The limitation of a transformer load according to the nominal current alone is insufficient and only a makeshift. Also the monitoring of the oil temperature is only for little ones. long-term overloads can be used, but not for short-term large overloads, because the oil temperature only slowly equals the winding temperature follows, so that short-term, large overloads are only noticeable much later. The permissible limit of a transformer load is due to the maximum permissible temperature of the active material determined. It is about io5 ° C for the conductor insulation, based on a service life of the transformer of 7 years. Double 8 ° C less, 8 ° C more halve the service life, and it was found that temperature peaks Conductor temperature of i2o to z25 ° C for a few minutes without significant Influence on the service life (which is due to the durability of the conductor insulation given is.

Es ist bekannt, die Leitertemperatur von Transformatoren od. dgl. mittels sogenannter thermischer Abbilder zu- überwachen. Es handelt sich hierbei um einen vom Belastungsstrom des Transformators .geheizten Körper, dessenÜbertemperatur mit ;der Übertemperatur des aktiven Materials im Transformator gleich verlräuft und deren Messung leicht durchführbar ist.It is known that the conductor temperature of transformers od. Like. monitored by means of so-called thermal images. It is here around a body heated by the load current of the transformer, its overtemperature with; the overtemperature of the active material in the transformer is the same and the measurement of which is easy to carry out.

Bei dem thermischen Abbild ist ,ein walzenförmiger Körper mit einer Heizwicklung und einer temperaturabhängigen Widerstandswicklung ausgestattet. Die Heizwicklung wird von einem dem Belastungsstronm des Transformators proportionalen Strom geheizt, so daß der Körper bei Nennstrombelastung des Transformators eine bestimrnteÜbertemperatur annimmt. Die Temperatur wird mittels einer zweiten Wicklung, deren Widerstand temperaturaab'hängig ist, überwacht, indem deren W J, gemessen wird. Der beheizbare walzenförmige Körper wird in 'eine vom warmen Transformatorenöl umspülte Thermometertasche am Transformatordeckeleingehängt, und zwar so, daß zwischen Körper und Taschenwand ein Luftabstand von 5 bis ia min verbleibt. Hierdurch wird die thermische Zeitkonstante des Körpers auf den Wert von 8 bis 9 Minuten, entsprechend der Zeitkonstante, die eine Transformatorwicklung gegenüber ihrer Ölumgebung hat, gebracht. Der Heizstrom wird über einen Zwischenwandler und einen Anpassungsshunt dem für den Transformator ohnehin erforderlichen Meßstromwandler entnommen. Die Anpassung der Grenzübertemperatur an den Nennstrom erfolgt dann durch den erwähnten Shunt. Die Messung der Temperatur erfolgt mit den üblichen Temperaturfernmeßeinrichtungen, also mit Widerstandsthermometer, mit Brückenschaltungen oder Kreuz-spulenmeßgeräten.The thermal image is a roller-shaped body with a Heating winding and a temperature-dependent resistance winding. the Heating coil is from one of the Load current of the transformer proportional current heated, so that the body at the rated current load of the transformer assumes a certain excess temperature. The temperature is determined by means of a second Winding, the resistance of which is temperature-dependent, monitored by its W J, is measured. The heatable roller-shaped body is in 'one of the warm transformer oil rinsed thermometer pocket hung on the transformer cover in such a way that between An air gap of 5 to ia min remains between body and pocket wall. This will the thermal time constant of the body to the value of 8 to 9 minutes, accordingly the time constant that a transformer winding has in relation to its oil environment, brought. The heating current is supplied via an intermediate converter and an adaptation shunt taken from the measuring current transformer required for the transformer anyway. the The temperature limit is then adjusted to the nominal current using the aforementioned Shunt. The temperature is measured with the usual remote temperature measuring devices, So with resistance thermometer, with bridge circuits or cross-coil measuring devices.

Die bekannten Anlagen dieser Art weisen aber folgende Mängel auf: das thermische Abbild muß, wie beschrieben, in einer Thermometertasche des Transformators untergebracht werden: Oft sind am Transformator keine Taschen frei b@zw. vorhanden, und es müssen erst neue Taschen angebracht werden. Das ist mit vielen Schwierigkeiten verknüpft, da zu diesem Zweck oft ,ein großer Teil des Öles abgelassen werden .muß. Ferner sollen die Taschen ölfrei ,gehalten werden, was oft vom Wartungspersonal nicht beachtet wird. Außerdem kann sich in den Taschen Schwitzwasser bilden und zu unlicbsamen Störungen Anlaß geben.The known systems of this type have the following shortcomings: The thermal image must, as described, in a thermometer pocket on the transformer be accommodated: Often there are no pockets on the transformer b @ zw. available, and new pockets have to be attached first. That is with many difficulties linked, since a large part of the oil often has to be drained for this purpose. Furthermore, the bags should be kept oil-free, which is often done by maintenance personnel is not observed. In addition, condensation can form in the pockets and give rise to undesirable disturbances.

Die räumliche Entfernung des Transformators von der Warte, in,der die Temper aturfernmessung erfolgt, ist oft sehr groß, so daß die Impedanz der Zuleitungen für ,die Hei.zwieklung große Widerstandswerte hat oder die Zuleitungen nicht nachprüfbaren Einwirkungen ausgesetzt sind. Die Wandler, die ,den Heizstrom liefern, ,müssen daher leistungsfähiger sein, als wenn die Zuleitungen kurz wären.The physical distance of the transformer from the control room in which the temperature is aturfernprüfung, is often very large, so that the impedance of the leads for, the heating element has high resistance values or the supply lines cannot be checked Are exposed to influences. The converters that supply the heating current must therefore be more efficient than if the supply lines were short.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beheben. Das ist dadurch erreicht worden, daß die dem vom Transformator entfernt angeordneter thermischen Abbild entnommene Temperatur, vermindert u m -die Temperatur seiner Urigebung, .und (die dem Transformator entnommene Temperatur des Kühlmittels (Öltemperatur) in elektrischen Größen, z. B. Widerstandswerten, ausgedrückt werden und z. B. mittels eines elektrischen Quotientenmeßwerkes, einer elektrischen Brückenschaltung od. dgl. addiert werden bei Ausschaltung des Einflusses der Raumtemperatur durch eine Kompensationsschaltung.The object of the invention is to remedy these deficiencies. This has been achieved by the fact that the remote from the transformer temperature taken from the thermal image, reduces the temperature of its Urigebung,. And (the temperature of the coolant taken from the transformer (oil temperature) in electrical quantities, e.g. B. resistance values, are expressed and z. B. by means of an electrical quotient measuring mechanism, an electrical bridge circuit od. Like. Are added when the influence of the room temperature is switched off by a Compensation circuit.

Diesem Lösungsgedanken liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Wenn eine Transformatorwicklung mit ihrem Nennstrom belastet ist, so wird die Wicklung gegenüber ihrer Ölumgebung etwa nach einer Expönentialkurve der Enderwärmung von 22 bis 25° C,zustreben.. Die Iden Verlauf der Exponentialkurve bestimmende Zeitkonstante beträgt etwa $ bis io Minuten. Außerdem nimmt die Temperatur der Ölaumgebung #selabst etwa nach einer Exponentialkurve mit einer Zeitkonstanten von mehreren Stunden fortgesetzt zu, bis die Ölenderwärmung erreicht ist: Die Temperatur der Wicklung ist .also stets die Summe der jeweiligen Öltemperatur und der jeweiligen Wicklungsüber-' temperatur gegenüber der Ölumgebung.This idea of a solution is based on the following insight: If a Transformer winding is loaded with its rated current, the winding is opposite their oil environment according to an exponential curve of final warming of 22 to 25 ° C, strive .. The time constant that determines the course of the exponential curve is about $ to 10 minutes. In addition, the temperature of the oil environment increases #selabst about continued according to an exponential curve with a time constant of several hours until the oil has reached its final temperature: The temperature of the winding is .so always the sum of the respective oil temperature and the respective winding excess temperature compared to the oil environment.

Erhäalt das thermische Abbild, das so bemessen ist, @daß seine Übertemperatur beiNennstrom gegenüber der umgebenden Luft ebenso groß ist wie diejenige oder Transformatorwicklung gegenüber dem Kühlöl, idie gleiche Zeitkonstante von 8 bis ia Minuten wie -die Transformatorwicklung und wird es einer Umgebung konstanter Temperatur ausgesetzt, so kann durch Addition der Öltemperatur im Transformatorkessel und der Übertemperatur des thermischen Abbildes gegenüber seiner Umgeibung die wahre Wicklungstemperatur als Summentemperatur gefunden werden.Preserves the thermal image, which is dimensioned in such a way @ that its overtemperature at the rated current compared to the surrounding air is the same as that or transformer winding compared to the cooling oil, i the same time constant of 8 to generally minutes as the transformer winding and if it is exposed to an environment of constant temperature, then by addition the oil temperature in the transformer tank and the excess temperature of the thermal replica compared to its surroundings, the true winding temperature was found as the total temperature will.

Wie die Addition zweier Temperaturen meßtechnischerfolgt, wird-sp'äter beschrieben. Es sei zunächst.hervorgehoben, daß hierfür solcheThermometer ben,tzt werden, bei denen die Meßgröße linear von der Temperatur abhängt. Bei Widerstandstherriiometern z. B. werden Meßwiderstände aus ,Kupfer verwendet. Wenn nicht die absolute Temperatur des "thermischen Abbildes, sondern die Temperaturdifferenz zwischen .diesem und seiner Umgebung eVfaßt wird, ist-zu erreichen, daß sich der (die Übertemperatur darstellende Meßwert bei konstanter Heizleistung als von der Umgebungstemperatur in gewissen Grenzen unabhängig erweist. Das wird gemA der Erfindung durch eine Kompensationsschaltung verwirklicht.How the addition of two temperatures is carried out in terms of measurement technology will be later described. First of all, it should be emphasized that such thermometers are used for this purpose in which the measurand depends linearly on the temperature. With resistance thermometers z. B. measuring resistors made of copper are used. If not the absolute temperature of the "thermal image, but the temperature difference between .this and its environment is grasped, it is to be achieved that the (overtemperature Representative measured value at constant heating power than from the ambient temperature proves to be independent within certain limits. According to the invention, this is achieved by a compensation circuit realized.

Auf diese Weise wird also der Einfluß der Raumtemperatur in einfacher Weise ausgeschaltet.In this way, the influence of room temperature becomes easier Way off.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Öltemperatur getrennt für sich gemessen werden ,kann. Der hierfür vorgesehene Urischalter läßt ferner zu, wahlweise verschiedene thermische Abbilder anzuschließen.Another embodiment of the invention is that the oil temperature can be measured separately. The original switch provided for this purpose leaves also to optionally connect different thermal images.

In der Zeidhnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindüng ,dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown.

Abb. i zeigt eine grundsätzliche Schaltung für .die Summierung der Temperaturen, und Abb. 2 zeigt (die Gesamtschaltung mit der Möglichkeit der Messung der Wicklungstemperatur des zu überwachenden Transformators und der Öltemperatur allein.Fig. I shows a basic circuit for adding up the Temperatures, and Fig. 2 shows (the overall circuit with the possibility of measurement the winding temperature of the transformer to be monitored and the oil temperature alone.

Gemäß Abb. T' ist als Anzeigegerät ein nicht näfher bezeichneter Quotientenmesser vorgesehen. Das hat ;den Vorteil, @daß. die Temperaturanzeige von den Schwankungen der Meßspannung unabhängig wird. Die Meßspule i .des Quotientenmessers liegt imgleichen Stromkreis wie die Widerstandsthermometer 2 und 3 und der für die Meßbereich-sabgleichung erforderliche feste Vorwiderstand 4., Mit dem Widerstandsthermometer 3 wird die Öltemperatur gemessen. Das Widerstandsthermometer 2 erfaßt die absolute Temperatur des thermischen Transformatorabbildes. Die Meßspula 5 des Quotientenmessers ist in Reihe mit dem Thermometer 6 und dem Vorwiderstand' 7 geschaltet, der ebenfalls zur Meßbereiehsabgleichung dient. Mit dem Thermometer 6 wird die Lufttemperatur gemessen, die am Aufstellungsort des thermischen Abbildes, z. B. in der Warte, herrscht. Solange das thermische Abbild unbeheizt isst, ,d.. h. solange der zu überwachende Transformator unbelastet ist, befinden sich das Wiiderstandsthermometer 2 und das Thermometer,6 auf gleicher Temperatur. Der Ausschlag am Quotientenmesser wird allein von der Temperatur des Widerstandsthermometers 3 bestimmt. Die Temperaturfänderungen in den Meßspulen i und 5 kompensieren sich gegenseitig, und :die Anzeige bleibt unverändert.According to Fig. T ', the display device is a quotient meter, which is not described in detail intended. That has the advantage that @ that. the temperature display from the fluctuations the measuring voltage becomes independent. The measuring coil i .of the quotient meter is in the same position Circuit like resistance thermometers 2 and 3 and the one for measuring range adjustment required fixed series resistance 4., With the resistance thermometer 3 the oil temperature is measured. The resistance thermometer 2 detects the absolute Temperature of the thermal transformer image. The measuring coil 5 of the quotient meter is connected in series with the thermometer 6 and the series resistor '7, which is also is used for measuring range adjustment. With the thermometer 6 the air temperature measured at the installation site of the thermal image, e.g. B. in the control room, prevails. As long as the thermal replica eats unheated, i.e. as long as the one to be monitored Transformer is not loaded, the resistance thermometer 2 and the Thermometer, 6 at the same temperature. The rash on the quotient meter is alone determined by the temperature of the resistance thermometer 3. The temperature changes in the measuring coils i and 5 compensate each other, and: the display remains unchanged.

Sobald in rder Wicklung des zu überwachenden Transformators Strom fließt, wird das thermische Abbild erwärmt, edier Widerstand des Widerstandsthermometers 2 wird gegenüber demjenigen des Thermometers 6 größer, und der Quotientenmesser schlägt in Richtung steigender Temperatur aus.As soon as there is current in the winding of the transformer to be monitored flows, the thermal image is heated, the resistance of the resistance thermometer 2 is larger than that of the thermometer 6, and the quotient meter deflects in the direction of increasing temperature.

Die Anzeige entsp.ridht der Temperatursumme: Öltemperatur plus Temperatur dieis thermischen Abbildes. minus Temperatur der Umgebung des thermischen Abbildes @ und somit der Wicklungstemperatur des zu überwachsenden Transformators.The display corresponds to the temperature sum: oil temperature plus temperature the thermal image. minus temperature of the surroundings of the thermal image @ and thus the winding temperature of the transformer to be monitored.

In Abb. 2 ist,die Gesamtschaltung dargestellt mit der Ergänzung, diaß mittels eines Urnschglters außer der absoluten Wicklungstemperatur des Transformators auch die Öltemperatur allein gemessen werden kann. Mit demselben Umschalter läßt sich der Quotienten.rnesser außerdem an andere thermische Albbilder anschließen, wodurch die Überwachung mehrerer Transformatoren möglich wird.In Fig. 2, the overall circuit is shown with the addition that by means of a regulator, in addition to the absolute winding temperature of the transformer the oil temperature can also be measured alone. With the same switch lets the quotient.rnesser also join other thermal nightmares, which makes it possible to monitor multiple transformers.

,Im einzelnen arbeitet idie Schaltung fo'ligendermaßen: Mit i bis 7 sind die bereits an Hand 4eT Abb. i beschriebenen Teile der Schaltung bezeichnet. Das Widerstandsthermometer` 3 befindet -sich innerhalb des Öles des zu überwachenden Transformators B. Der Belastungsstrom ides Transformators fließt dlurch den Stromwandler 9 undwird in :diesem (in an sich bekannter Weise rauf -solche Werte umigewandelt, idie sich für unmittelbare Anzeige mittels ödes Meßgenätes"roeignen. In dem Sekundärstromkreis ides Stromwandlers 9 liegt die Wicklung i i eines Zwischenwandlers 12, der die weitere Herabsetzung des Stromes auf .einen Wert bewirkt, der sich für idie Heizung,des thermischen Abbildes eignet. Die Sekundärwicklung i-3 des Zwischenwandlers 12 ist entsprechend bemessen. Mit dem Vorwiderstand 1,4 wird die Feineinstellung (des Heizstromes in ider Heizwicklung 15 des thermischen Abbildes vorgenommen. Das ist notwendig, um rdie Unterschiede in der Übertemperatur der Transformatorwioklung gegenüber dem Kühlmittel der verschiedenartig gekühlten Leistungstransformatoren berücksichtigen zu können. Je nach der Stromstärke in ier Heizwicklung 15 nimmt auch das Widerstandsthermometer 2 dies thermischen Abbildes verschieden hohe Übertemperaturen gegenüber dem die Temperatur der umgebenden Luft messenden Thermometer 6 an. Der Widerstand 16 dient zum Albgleich (des Widerstandes der Zuleitung 17, welche das Widerstandsthermometer 3 für die öltemperaturmessung und die im der Warte befindliche Meß-sc@haltung miteinander verbindet. Der Meßstrom wird idem Netz über :den Gleidhrichter,i8 entnommen. Das Zeigerrückstellrelais rg )bewegt den mit Iden Meßispulen i' und 5 verbundenen Zeiger ides Quotientenmessers auf die Skalennul'lstellung, wenn die Meßispannung ausgeschaltet ist, und gibt ihn nur frei, solange letztere eingeschaltet ist. Der Widerstand 2o begrenzt Iden Meßstrom in den Meßspuien @i und 5 des Quotientenmessers 'und idamit die Ströme für die Widerstandsthermometer .2 und 3 unt das Thermometer 6 rauf solche Werte, daß in letzteren schä(dldehe -Eigenerwärmung verhütet wird.In detail, the circuit works as follows: With i to 7, the parts of the circuit already described with reference to Fig. I are labeled. The resistance thermometer 3 is located within the oil of the to be monitored Transformer B. The load current of the transformer flows through the current transformer 9 and is converted into: this (in a manner known per se up-such values, They are suitable for immediate display by means of a dull measuring device. In the secondary circuit ides current transformer 9 is the winding i i of an intermediate transformer 12, which is the other Reduction of the current to a value which is favorable for heating, des thermal image. The secondary winding i-3 of the intermediate converter 12 is sized accordingly. The fine adjustment (of the heating current made in ider heating coil 15 of the thermal image. It is necessary, about the differences in the overtemperature of the transformer winding compared to the Consider the coolant of the differently cooled power transformers to be able to. Depending on the current intensity in the heating winding 15, the resistance thermometer also increases 2 this thermal image has different excess temperatures compared to the Temperature of the surrounding air measuring thermometer 6 on. The resistor 16 is used to Albgleich (the resistance of the supply line 17, which the resistance thermometer 3 for the oil temperature measurement and the measuring circuit in the control room connects. The measuring current is taken from the network via: the smoothing funnel, i8. That Pointer reset relay rg) moves the pointer connected to Iden measuring coils i 'and 5 i of the quotient meter to the zero position when the measuring voltage is switched off and only enables it as long as the latter is switched on. The resistance 2o limits the measuring current in the measuring coils @i and 5 of the quotient meter 'and idamit the currents for the resistance thermometers .2 and 3 and the thermometer 6 up such Values that in the latter, damaging self-warming is prevented.

Mit dem Umschalter @2!i können an Stelle des Widerstandsthermometers 2 des thermischen Abbildes (der feste Widerstand 22 und an Stelle des Thermometers 6 der feste Widerstand 23 eingeschaltet werden. !In rdiesem Falle bleibt ider Strom in der Meßspule 5 konstant, und der Strom in der Meß,spule 1 wird ausschließlich vom Widerstandsthermometer 3 bestimmt, so (daß der Quotientenmesser die Öltemperatur unmittelbar anzeigt.With the switch @ 2! I, instead of the resistance thermometer 2 of the thermal image (the fixed resistor 22 and in place of the thermometer 6 the fixed resistor 23 can be switched on. In this case the current remains in the measuring coil 5 constant, and the current in the measuring coil 1 is exclusive determined by the resistance thermometer 3, so (that the quotient meter shows the oil temperature immediately displays.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltung zur Temperaturüberwachung; von Transformatoren. od. @dgl. mittels thermischer Abbilder, dadurch gekennzeichnet, daß die dem vom Transformator entfernt angeordneten thermischen Albbild entnommene Temperatur, vermindert um drin Temperatur seiner Umgebung, und die dem Transformator entnommene Temperatur des Kühlmittels (Öltemperatur) in elektrischen GrÖßen, z. B. Widerstandswerten, ausgedrückt werden und z. B. mittels eines elektrischen Quotientenmeßwerkes, einer .elektrischen Brüdkenechaltung od. idgl. addiert werden :bei Ausschaltung des Einflusses der Raumtemperatur durch eine Kompensationsschaltung. PATENT CLAIMS: i. Circuit for temperature monitoring; of transformers. or @dgl. by means of thermal images, characterized in that the from Thermal image taken from the transformer remotely located, reduced the temperature of its surroundings and the temperature taken from the transformer of the coolant (oil temperature) in electrical quantities, e.g. B. resistance values, be expressed and e.g. B. by means of an electrical quotient measuring mechanism, a .electric Brüdkenechaltung or similar. are added: when the influence is switched off the room temperature through a compensation circuit. 2. Schaltung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung zur Messung der Öltemperatur dies Transformators: allein. 2. Circuit according to claim i, characterized by a switching device for measuring the oil temperature dies Transformer: alone. 3. Schaltung nach .Anspruch 2:,.gekennzeichnet durch eine solche Ausbilidung ides Umschalters, daß wah l,weise verschiedenen Transformatoren entsprechende thermische Abbilider angeschlossen werden können. 3. Circuit according to. Claim 2:,. Characterized by a such a design of the changeover switch that you can choose different transformers corresponding thermal images can be connected. 4. Schaltung nach Anspruch ii, !dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Abbild in der Warte angeordnet eist.4. Circuit after Claim ii,! Characterized in that the thermal image is arranged in the control room ice.