In dem Buch"Die Isolierung großer elektrischer Maschinen" von Hartmut Maier, Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Hei- delberg, 1962, Seite 30, wird die Bedeutung einer Temperatur- messung an einer elektrischen Wicklung in einer elektrischen Maschine erläutert. Es wird ausgeführt, daß bei indirekt ge- kühlten Wicklungen der sogenannte natürliche Heißpunkt, also der Punkt maximaler Temperatur, bei zwei übereinander in ei- ner Nut eines Blechpakets angeordneten Leiterstäben im oberen Leiterstab nahe dessen Unterkante in Maschinenmitte liegt.

Dort wird eine Temperatur bis etwa 10° C über der mittleren, durch Widerstandszunahme meßbaren Kupfertemperatur erreicht.

Die Messung der Wicklungstemperatur mit den z. B. für die Be- triebsüberwachung eingebauten Thermoelementen oder Wider- standsthermometern zwischen dem oberen und dem unteren Lei- terstab ergibt allerdings meist noch wesentlich niedrigere Meßwerte. Die Temperaturmeßelemente zwischen dem oberen und dem unteren Leiterstab liegen nämlich innerhalb einer zwi- schen diesen Leiterstäben und Blechpaket entstehenden Tempe- raturfeldes bereits weit von den Leiterstäben entfernt, so daß Anzeigedifferenzen von 20° C und mehr möglich sind. Bei der Betriebsführung von elektrischen Maschinen müssen diese Anzeigedifferenzen zur richtigen Bewertung der Temperaturan- zeige von Nutthermometern berücksichtigt werden. Für die Her-

steller ergibt sich die Aufgabe, eng lokalisierte Zusatzver- luste, die zu schwer erfaßbaren Heißpunktbildungen führen können, zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer elektrischen Hoch- spannungsmaschine, insbesondere eines Turbogenerators, bei dem zuverlässig auch in schwer zugänglichen Bereichen eine Temperaturmessung in einfacher und kostengünstiger Weise mög- lich ist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines entsprechenden Verfahrens.

Erfindungsgemäß wird die auf eine elektrische Hochspannungs- maschine gerichtete Aufgabe gelöst durch eine elektrische Hochspannungsmaschine, insbesondere einen Turbogenerator mit einem Gehäuse und mit einer Temperaturmeßvorrichtung zu Mes- sung einer Temperatur innerhalb des Gehäuses, welche Tempera- turmeßvorrichtung einen als Halbleiterchip ausgebildeten Tem- peratursensor aufweist.

Ein solcher Temperatursensor mißt eine Temperatur mittels ei- ner auf einem Halbleiterkristall angeordneten integrierten Schaltung. Die Temperatur wird dabei durch einen digitalen Meßwert charakterisiert. Der Erfindung liegt die überraschen- de Erkenntnis zugrunde, daß ein solcher Temperatursensor bei den extremen Umgebungsbedingungen in einer Hochspannungsma- schine zuverlässig einsetzbar ist. Insbesondere konnte durch Versuche belegt werden, daß dieser Temperatursensor den hohen Spannungen auch langfristig widersteht. Ein solcher Tempera- tursensor ist kostengünstig und wartungsfrei. Er ist auch in schwer zugänglichen Bereichen der Hochspannungsmaschine ein- setzbar. Gegenüber anderen hochspannungsfesten Temperaturmeß- methoden, z. B. mittels faseroptischer Temperaturmeßsysteme, ist der Temperatursensor mit erheblich geringerem Installati- onsaufwand und erheblich größerer Lebensdauer einsetzbar. Ge- genüber Infrarotmeßsystemen oder Strahlungspyrometern, mit denen Oberflächentemperaturen gemessen werden können, weist der Temperatursensor den Vorteil auf, direkt an der gewün-

schten Meßstelle anbringbar zu sein. Bei den Infrarotmeßsy- stemen oder Strahlungspyrometern ist für die Isolierfestig- keit demgegenüber immer ein Mindestabstand zu spannungsfüh- renden Teilen erforderlich.

Bevorzugtermaßen weist die Temperaturmeßvorrichtung ein Elek- tronikmodul auf, welches mit dem Temperatursensor elektrisch verbunden ist. Weiter bevorzugt weist das Elektronikmodul ei- nen Speicher zur Speicherung von jeweils eine Temperatur cha- rakterisierenden Meßwerten auf. Damit ist es möglich, eine Reihe von Temperaturen, vorzugsweise einen zeitlichen Tempe- raturverlauf, abzuspeichern. Ein Auslesen des Speichers kann dann z. B. zu geeigneten Uberprüfungszeiten erfolgen.

Vorzugsweise weist das Elektronikmodul einen Mikroprozessor und einen Timer auf, wobei eine zeitliche Folge der Speiche- rung der Meßwerte durch den Mikroprozessor und den Timer steuerbar ist. Durch das Elektronikmodul kann somit in einfa- cher Weise z. B. ein zeitlicher Abstand für aufeinanderfol- gende Messungen der Temperatur festgelegt werden. Zudem kann in einfacher Weise eine Start-oder Endzeit für eine Tempera- turmessung vorgegeben werden.

Bevorzugt sind das Elektronikmodul und der Temperatursensor voneinander räumlich getrennt, vorzugsweise um mindestens 10 cm. Durch diese räumliche Trennung des Temperatursensors und des Elektronikmoduls kann der Temperatursensor weiterhin an schwer zugänglichen oder hinsichtlich einer Hochspannung kri- tischen Meßstellen angeordnet werden, ohne das dadurch das Elektronikmodul in Mitleidenschaft gezogen wird. Insbesondere ist eine für das Elektronikmodul maßgebliche Maximaltempera- tur bei der Auswahl der Meßstelle in der Regel durch die räumliche Trennung unkritisch. Vorzugsweise sind das Elektro- nikmodul und der Temperatursensor um nicht mehr als einen Me- ter voneinander getrennt. Dies hat insbesondere zur Folge, daß Signale, die zwischen dem Elektronikmodul und dem Tempe-

ratursensor ausgetauscht werden, nicht wesentlich in ihrer Qualität beeinträchtigt werden.

Bevorzugtermaßen weist das Elektronikmodul eine Sendeeinrich- tung zur berührungslosen Obermittlung von Signalen, insbeson- dere mittels Infrarotstrahlung, auf. Durch eine solche berüh- rungslose Ubertragung wird insbesondere eine Trennung zwi- schen dem Hochspannungspotential, bei dem die Temperaturmes- sung erfolgt, und einem Erdpotential, bei dem eine Auswertung der Temperaturmessung erfolgt, erreicht. Zudem sind keinerlei weitere Ubertragungsmittel, z. B. Kabel, erforderlich.

Vorzugsweise weist das Elektronikmodul eine Empfangseinrich- tung zum berührungslosen Empfang von Signalen, insbesondere mittels Infrarotstrahlung auf.

Bevorzugt weist das Elektronikmodul eine Stromversorgung mit- tels einer Solarzelle auf. Bevorzugtermaßen weist das Elek- tronikmodul eine Stromversorgung mittels induktiver Erzeugung elektrischer Energie aus einem das Elektronikmodul umgebenden Magnetfeld auf. Durch eine Energieversorgung des Elektronik- moduls mit einer Solarzelle oder auch über magnetische Streu- felder der Umgebung ist eine lokale, unabhängige Stromversor- gung des Elektronikmoduls möglich. Damit müssen keine Uber- tragungsstrecken zur Stromversorgung vorgesehen werden, die insbesondere zu Problemen einer Potentialtrennung zwischen Hochspannungs-und Erdpotential führen würden.

Der Turbogenerator weist einen Rotor mit einer elektrischen Rotorwicklung auf, wobei der Temperatursensor vorzugsweise am Rotor, weiter bevorzugt an der Rotorwicklung, angeordnet ist.

Die Temperaturmessung am Rotor bzw. an der Rotorwicklung ist besonders schwierig, da durch hohe Rotationsgeschwindigkeiten hohe Fliehkräfte auftreten. Mit Hilfe von Versuchen konnte nachgewiesen werden, daß der Temperatursensor und auch das Elektronikmodul auch langfristig den hohen mechanischen Bela- stungen durch die Fliehkräfte widerstehen. Die Ubermittlung

der Temperaturmeßwerte geschieht hier in geeigneter Weise, z. B. entsprechend den obigen Ausführungen, berührungslos.

Bevorzugtermaßen sind an der elektrischen Maschine mindestens zwei Temperaturmeßvorrichtungen vorgesehen, wobei jede Tempe- raturmeßvorrichtung eine eigene Identifikationseinheit auf- weist, durch die sie identifizierbar ist und wobei jede Tem- peraturmeßvorrichtung durch. eine gemeinsame Auswerteeinheit auslesbar ist. Eine solche Identifikationseinheit kann z. B. in einem Mikroprozessor des Elektronikmoduls als eine Identi- fikationsnummer gespeichert sein. Somit sind in einfacher Weise mehrere Temperaturmeßvorrichtungen mit einer einzigen Auswerteeinheit betreibbar. Eine Obermittiung eines Tempera- turmeßwerts wird mit der Identifikationsnummer der jeweiligen Temperaturmeßvorrichtung kombiniert, so daß eine eindeutige Zuweisung der gemessenen Temperatur zur Meßstelle sicherge- stellt ist.

Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Messung einer Temperatur in einem Turbogenerator, bei dem die Temperatur mittels eines Halbleiterchips als digitaler Meßwert bestimmt, der Meßwert an ein Elektronikmodul übermittelt und von dort an eine Aus- werteeinheit übertragen wird.

Die Vorteile eines solchen Verfahrens ergeben sich entspre- chend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen der Tempera- turmeßvorrichtung in einer elektrischen Hochspannungsma- schine.

Vorzugsweise wird der Meßwert im Elektronikmodul gespeichert.

Bevorzugtermaßen wird der Meßwert vom Elektronikmodul an die Auswerteeinheit berührungslos, insbesondere mittels Infrarot- strahlung, übertragen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich :

FIG 1 eine Temperaturmeßvorrichtung und FIG 2 einen Turbogenerator mit einer Temperaturmeßvor- richtung.

Gleiche Bezügszeichen haben in den beiden Figuren die gleiche Bedeutung.

Figur 1 zeigt eine Temperaturmeßvorrichtung 1. Die Tempera- turmeßvorrichtung 1 weist eine Meßeinheit 3 und eine Auswer- teeinheit 5 auf. Die Meßeinheit 3 weist einen Temperatursen- sor 7 auf, der als Halbleiterchip ausgebildet ist. Der Tempe- ratursensor 7 ist mit einem Elektronikmodul 9 elektrisch ver- bunden. Das Elektronikmodul 9 ist mit einer Stromversorgungs- einheit 11 elektrisch verbunden. Das Elektronikmodul 9 weist einen Speicher 13, einen Mikroprozessor 15, einen Timer 17, eine Empfangseinheit 19 und eine Sendeeinheit 20 auf. Der Speicher 13 ist mit dem Mikroprozessor 15 elektrisch verbun- den. Der Mikroprozessor 15 weist eine Identifikationseinheit 16 auf. Der Mikroprozessor 15 ist mit dem Timer 17 verbunden.

Der Mikroprozessor 15 ist außerdem mit der Empfangseinheit 19 und mit der Sendeeinheit 20 elektrisch verbunden. Die Auswer- teeinheit 5 weist eine Kommunikationseinheit 21 und eine Ver- arbeitungseinheit 23 auf. Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert über die Kommunikationseinheit 21 mit Sendesignalen 25 und Empfangssignalen 27 mit dem Elektronikmodul 9 der Meßeinheit 3.

Beim Einsatz der Temperaturmeßvorrichtung 1 mißt der Tempera- tursensor 7 eine lokale Temperatur. Z. B. ist der Temperatur- sensor an einem Wicklungsstab der elektrischen Wicklung des Stators oder Rotors eines Turbogenerators angeordnet und mißt dessen lokale Temperatur. Diese Temperatur wird durch die Ausführung des Temperatursensors 7 als Halbleiterchip unmit- telbar als ein digitaler Meßwert gemessen. Dieser Meßwert wird zum Elektronikmodul 9 weitergeleitet. Im Elektronikmodul 9 wird der Meßwert im Speicher 13 abgespeichert. tuber den Mi-

kroprozessor 15 und den Timer 17 wird eine zeitliche Abfolge für die Abspeicherung von Meßwerten im Speicher 13 gesteuert.

Zum Beispiel wird mit Hilfe des Mikroprozessors 15 und dem Timer 17 jede Minute ein Temperaturmeßwert im Speicher 13 ge- speichert. Die Stromversorgung für die Temperaturmessung mit- tels des Temperatursensors 7 und die Steuerung und Speiche- rung der Temperaturmessung mittels des Elektronikmoduls 9 er- folgt. durch die Stromversorgungseinheit 11. Diese kann z. B. eine Batterie aufweisen. Sie kann aber auch eine Solarzelle aufweisen, durch die aus Umgebungslicht elektrische Energie zur Versorgung der Meßeinheit 3 gewonnen wird. Diese Erzeu- gung elektrischer Energie kann in der Stromversorgungseinheit 11 aber auch durch eine induktive Erzeugung einer elektri- schen Spannung mittels sich zeitlich verändernder magneti- scher Streufelder in der Umgebung der Stromversorgungseinheit 11 erfolgen. Die von der Meßeinheit 3 gemessenen Temperatur- meßwerte werden durch die Auswerteeinheit 5 ausgelesen. Dazu wird ein Sendesignal 25 an die Empfangseinheit 19 des Elek- tronikmoduls 9 übermittelt. Dies veranlaßt eine Abfrage des Speicherinhaltes des Speichers 13. Der Speicherinhalt wird über die Sendeeinheit 20 als Empfangssignal 27 an die Kommu- nikationseinheit 21 der Auswerteeinheit 5 übermittelt. Die Kommunikationseinheit 21 übermittelt die Temperaturmeßwerte an die Verarbeitungseinheit 23. Diese kann z. B. ein Perso- nalcomputer sein. Durch die Auswerteeinheit 5 sind sodann die Temperaturmeßwerte darstellbar.

Eine solche Temperaturmeßvorrichtung 1 wird zur Temperatur- messung in einem Turbogenerator 41 eingesetzt. Dies wird nä- her anhand von Figur 2 erläutert.

Figur 2 zeigt in einem Längsschnitt einen Turbogenerator 41.

Der Turbogenerator 41 weist einen Stator 43 auf, der, hier nicht näher dargestellt, aus einem Blechpaket und einer elek- trischen Statorwicklung aufgebaut ist. Der Stator 43 umgibt einen Rotor 45. Der Rotor 45 weist eine Welle 47 und eine auf der Welle 47 angeordnete elektrische Rotorwicklung 49 auf.

Der Stator 43 und der Rotor 45 sind in einem gemeinsamen Ge- häuse 51 angeordnet.

Der Turbogenerator 41 weist fünf Temperaturmeßvorrichtungen 1A, 1B, 1C, 1D, 1E gemäß Figur 1 auf. Zwei Temperaturmeßvor- richtungen 1A, 1B sind einander gegenüberliegend am Rotor 45 angeordnet. Dabei sind die jeweiligen Temperatursensoren 7A, 7B an der Rotorwicklung 49 angeordnet. Die jeweiligen Elek- tronikmodule 9A, 9B sind außerhalb des Gehäuses 51 an der Welle 47 angeordnet. Jede Temperaturmeßvorrichtung 1A, 1B ist durch eine jeweilige, hier nicht näher dargestellte, Identi- fikationseinheit 16 (siehe Figur 1) identifizierbar. Durch jedes Elektronikmodul 9A, 9B wird die durch den jeweiligen Temperatursensor 7A, 7B gemessene Temperatur mittels eines Infrarotsignals 27A, 27B an eine gemeinsame Kommunikations- einheit 21 übermittelt. Dabei wird jeweils das Signal 27A, 27B aufgenommen, welches bei einer Rotation des Rotors 45 ge- rade in den Empfangsbereich der Kommunikationseinheit 21 ge- langt. Vor der Kommunikationseinheit 21 werden die Signale 27A, 27B über eine Durchführung 53 aus dem Gehäuse 51 zur Verarbeitungseinheitz 23 geleitet. Eine Identifikation, wel- che Temperaturmeßeinrichtungen 1A, 1B das gerade übermittelte Infrarotsignal 27A, 27B zuzuordnen ist, geschieht mittels der Identifikationseinheit 16.

Die Temperatursensoren 7A, 7B widerstehen sowohl den hohen Spannungen im Turbogenerator 41, als auch den hohen Flieh- kräften, welche bei Drehung des Rotors 45 auftreten. Zudem ist das jeweilige Elektronikmodul 9A, 9B vom Temperatursensor 7A, 7B räumlich getrennt, so daß hohe Temperaturen in der elektrischen Rotorwicklung 49 keine schädlichen Auswirkungen auf die Elektronikmodule 9A, 9B haben.

Am Stator 43 ist die Temperaturmeßvorrichtung 1C angeordnet.

Der Temperatursensor 7C ist als Nut-Thermometer ausgebildet, mißt also eine Wicklungstemperatur in einer Nut des Blechpa- ketes des Stators 43. Das Elektronikmodul 9C ist getrennt vom

Temperatursensor 7C an einer hinsichtlich auftretender Span- nungen und Temperaturen unbedenklichen Position angeordnet.

Die Ubertragung der Temperaturmeßwerte an die Verarbeitungs- einheit 23 erfolgt über eine Durchführung 53 durch das Ge- häuse 51 erreicht. Die Temperaturmeßvorrichtungen 1D und 1E sind ebenfalls am Stator angeordnet und zwar hier etwas ver- größert dargestellt, an den Leiterstäben 60,62 des Wickel- kopfes 63. Die beiden Temperaturmeßvorrichtungen 1D und 1E übermitteln mit ihren jeweiligen Elektronikmodulen 9D, 9E an eine gemeinsame Kommunikationseinheit 21D, wobei eine Signal- zuordnung über die nicht näher dargestellten, jeweiligen Identifikationseinheiten 16 erfolgt.

Auf der Welle 47 ist ein Taktgeber 64 angeordnet, der über eine Leitung 66 mit der Verarbeitungseinheit 23 verbunden ist und zur Synchronisation bei der Obertragung der Signale 27 verwendet wird.