BRPI0802154A2 - measurement and evaluation system of power transformers energized by frequency response - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE MEDIÇçO E AVALIAÇçO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA ENERGIZADOS ATRAVÉS DE RESPOSTA EM FREQUÊNCIA. A presente invenção refere-se a um sistema e método para a realização de um ensaio sem a necessidade de desenergização e desconexão do transformador do sistema. A invenção consiste basicamente em um sistema capaz de aplicar e monitorar sinais nos taps capacitivos das buchas dos transformadores. Aplica-se o sinal no tap capacitivo da bucha de um dos enrolamentos do transformador e através da transferência deste sinal monitora-se o tap capacitivo da bucha de um outro enrolamento do transformador. Este processo é repetido até que todas as combinações entre enrolamentos correspondentes sejam satisfeitas.MEASUREMENT AND EVALUATION SYSTEM OF POWER TRANSFORMERS ENERGIZED THROUGH FREQUENCY RESPONSE. The present invention relates to a system and method for performing an assay without the need for de-energizing and disconnecting the system transformer. The invention basically consists of a system capable of applying and monitoring signals in the capacitive taps of the transformer bushings. The signal is applied to the capacitive tap of the bushing of one of the transformer windings and by transferring this signal the capacitive tap of the bushing of another transformer winding is monitored. This process is repeated until all combinations between corresponding windings are satisfied.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE MEDIÇÃO E AVALIAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA ENERGIZADOS ATRAVÉS DE RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA".Report of the Invention Patent for "Measurement and Evaluation System of Power Transformers Powered by Frequency Response".
Campo da InvençãoField of the Invention
A presente invenção refere-se a um sistema de medição e avaliação de transformadores de potência energizados através de resposta em freqüência. O referido sistema é utilizado para o monitoramento e diagnóstico de equipamentos elétricos, por exemplo, transformadores elétricos.The present invention relates to a system for measuring and evaluating frequency response energized power transformers. This system is used for monitoring and diagnostics of electrical equipment, for example, electrical transformers.
Descrição da Técnica AnteriorDescription of the Prior Art
A identificação de alterações geométricas na parte ativa (núcleo, enrolamentos, conexões de enrolamentos às bucbas) de transformadores de potência, causadas principalmente por esforços oriundos de curtos-circuitos externos ao equipamento, tem sido realizada com a aplicação da técnica de . resposta em freqüência. Em razão das características dos defeitos oriundos deste tipo de solicitação mecânica, atualmente esta é a única ferramenta capaz de diagnosticá-los.The identification of geometric changes in the active part (core, windings, winding connections to the bushes) of power transformers, caused mainly by efforts from short circuits external to the equipment, has been carried out with the application of the. Frequency response. Due to the characteristics of the defects arising from this type of mechanical stress, this is currently the only tool capable of diagnosing them.
Atualmente, para a aplicação da técnica, há a necessidade do desligamento do equipamento e a desconexão do mesmo dos barramentos da subestação, pois os sinais utilizados na sua avaliação são aplicados e medidos entre terminais de enrolamentos correspondentes. Na situação atual de operação do sistema elétrico de qualquer país, esta é uma tarefa dispendiosa e muitas vezes inviável do ponto de vista de confiabilidade, fazendo com que algumas empresas declinem da aplicação desta técnica.Currently, for the application of the technique, there is a need for equipment shutdown and disconnection from the substation bus, because the signals used in its evaluation are applied and measured between corresponding winding terminals. In the current state of operation of any country's electrical system, this is a costly and often unreliable task from the standpoint of reliability, causing some companies to decline from applying this technique.
A medição da resposta em freqüência, é realizada aplicando-se um sinal senoidal (normalmente entre 5Vef e 10Vet), com freqüência variável na faixa de 10Hz a 10MHz, a um dos enrolamentos do transformador de potência, medindo-se a transferência deste sinal para outro enrolamento, caracterizando uma medição da relação de transformação em freqüências distintas de 60Hz. A medição é realizada entre enrolamentos correspondentes, ou seja, as conexões dos enrolamentos são consideradas.The frequency response measurement is performed by applying a sinusoidal signal (usually between 5Vef and 10Vet), with variable frequency in the range of 10Hz to 10MHz, to one of the power transformer windings, measuring the transfer of this signal to another winding, featuring a transformation ratio measurement at distinct frequencies of 60Hz. Measurement is performed between corresponding windings, ie winding connections are considered.
Objetivos da InvençãoObjectives of the Invention
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistemapara avaliação de transformadores de potência energizados através de resposta em freqüência, minimamente invasivo ao equipamento.It is an object of the present invention to provide a system for evaluating power transformers energized through frequency response, minimally invasive to equipment.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema que não necessita de desligamentos, exceto para instalação e calibração do sistema de monitoramento.It is an object of the present invention to provide a system that requires no shutdowns except for installation and calibration of the monitoring system.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar curto-circuito em partes do enrolamento do transformador.It is an object of the present invention to provide a system capable of short circuiting parts of the transformer winding.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar deslocamentos radiais e axiais de enrolamentos.It is an object of the present invention to provide a system capable of identifying radial and axial displacements of windings.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar deformações em enrolamentos.It is an object of the present invention to provide a system capable of identifying winding deformations.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar defeitos no núcleo magnético.It is an object of the present invention to provide a system capable of identifying defects in the magnetic core.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar defeitos nas buchas de alta tensão.It is an object of the present invention to provide a system capable of identifying defects in high voltage bushings.
É um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema capaz de identificar a redução da rigidez dielétrica de materiais isolantes (ó-leo, papel e prespan).It is an object of the present invention to provide a system capable of identifying the dielectric strength reduction of insulating materials (oil, paper and prespan).
Os objetivos da invenção acima descritos serão alcançados pelo sistema de medição e avaliação de transformadores de potência energizados através de resposta em freqüência que será melhor detalhado adiante.The objectives of the invention described above will be achieved by the frequency response energized power transformers measurement and evaluation system which will be further detailed below.
Sumário da InvençãoSummary of the Invention
O sistema que é objeto da presente invenção realiza o ensaio sem a necessidade de desenergização e desconexão do transformador do sistema. A invenção consiste basicamente em um sistema capaz de aplicar e monitorar sinais nos taps capacitivos das buchas dos transformadores. Aplica-se o sinal no tap capacitivo da bucha de um dos enrolamentos do transformador e através da transferência deste sinal monitora-se o tap capacitivo da bucha de um outro enrolamento do transformador. Este processo é repetido até que todas as combinações entre enrolamentos correspondentes sejam satisfeitas.Para obtenção da resposta em freqüência de um transformador energizado, tem-se que encontrar uma forma de aplicar os sinais no equipamento sem que suas tensões normais de operação interfiram na medição, causem danos aos instrumentos utilizados na medição e exponham a riscos vidas humanas. Em condições normais de operação, o tap capacitivo de uma bucha de transformador encontra-se curto-circuitado, visto que faz parte de um divisor capacitivo, e haveria um valor de tensão neste ponto, normalmente alguns quilovolts. Baseado nisto, desenvolveu-se um método que consiste em colocar filtros na entrada e saída dos taps capacitivos com a finalidade de reduzir todo e qualquer nível de sinal em 60 Hz para que o mesmo não interfira no sinal de medição e esteja adequado aos níveis de segurança pessoal e da instrumentação.The system object of the present invention performs the test without the need for de-energizing and disconnecting the system transformer. The invention basically consists of a system capable of applying and monitoring signals in capacitive tapping of transformer bushings. The signal is applied to the capacitive tap of the bushing of one of the transformer windings and by transferring this signal the capacitive tap of the bushing of another transformer winding is monitored. This process is repeated until all matching windings are satisfied. To obtain the frequency response of an energized transformer, one has to find a way to apply the signals to the equipment without their normal operating voltages interfering with the measurement, cause damage to measuring instruments and endanger human lives. Under normal operating conditions, the capacitive tap of a transformer bushing is shorted as it is part of a capacitive divider, and there would be a voltage value at this point, usually a few kilovolts. Based on this, a method has been developed to place filters on the input and output of capacitive taps in order to reduce any signal level by 60 Hz so that it does not interfere with the measurement signal and is suitable for the signal levels. personal safety and instrumentation.
Devido a mudanças nas características elétricas do circuito de medição, as curvas de resposta em freqüência obtidas carregam a influência das capacitâncias das buchas, possibilitando também identificar variações nestas capacitâncias. Assim, a nova "assinatura" do equipamento considera tanto os enrolamentos do transformador como as buchas.Due to changes in the electrical characteristics of the measuring circuit, the frequency response curves obtained influence the capacitance of the bushings, also allowing to identify variations in these capacitance. Thus, the new "signature" of the equipment considers both transformer windings and bushings.
Assim, a realização do ensaio de resposta em freqüência através dos taps das buchas capacitivas é idêntico àquele realizado através dos terminais das buchas, com exceção da inserção das funções de transferência de cada uma das buchas de alta tensão envolvidas.Thus, conducting the frequency response test through capacitive bushing taps is identical to that performed through the bushing terminals, except for the insertion of the transfer functions of each of the high voltage bushes involved.
Mais especificamente, a invenção se refere a um sistema de a-valiação de transformadores de potência energizados compreendendo um gerador de funções acoplado em um tap capacitivo de uma bucha de um dos enrolamentos de um transformador de potência; um medidor de funções a-coplado em um outro tap capacitivo de uma bucha de um outro dos enrolamentos do transformador de potência. O sistema compreende ainda um capacitar em série com um enrolamento primário e secundário de um transformador de potência; um capacitar em paralelo com o enrolamento primário e secundário de um transformador de potência; um amplificador de potência de banda larga disposto na saída do gerador de funções; um filtro passa-alta disposto na saída do amplificador de potência e em série com o capacitar;um filtro "Notch" disposto na saída do enrolamento secundário e em série com o capacitor; um equalizador disposto na saída do filtro "Notch"; e um filtro passa-altas disposto na saída do equalizador.More specifically, the invention relates to an energized power transformer rating system comprising a function generator coupled to a capacitive tap of a bushing of one of the windings of a power transformer; a function meter coupled to another capacitive tap on one bushing of another of the power transformer windings. The system further comprises a series capacitor with a primary and secondary winding of a power transformer; a capacitor in parallel with the primary and secondary winding of a power transformer; a broadband power amplifier arranged at the output of the function generator; a high pass filter arranged at the output of the power amplifier and in series with the capacitor, a "Notch" filter arranged at the output of the secondary winding and in series with the capacitor; an equalizer arranged on the "Notch" filter output; and a high pass filter disposed at the equalizer output.
Note-se que o amplificador de potência de banda larga é adaptado para fornecer 50 Vpp de saída na faixa de 1 kHz a 3MHz. O filtro passa-altas disposto em série com o capacitor da bucha do transformador de potência é adaptado para reduzir os níveis de tensão em 60Hz a valores bem inferiores ao nível de sinal de saída do gerador de funções.Note that the broadband power amplifier is adapted to provide 50 Vpp output in the range from 1 kHz to 3 MHz. The high pass filter arranged in series with the power transformer bushing capacitor is adapted to reduce voltage levels by 60Hz to values well below the output signal level of the function generator.
O filtro "Notch" disposto em série com o capacitor da bucha do transformador de potência é adaptado para produzir um valor de impedancia de modo que os valores das tensões no tap da bucha fiquem entre 100 e 400 Volts. O filtro do filtro "Notch" é sintonizado de modo a impedir a passagem da componente de tensão com freqüência de 60Hz. O amplificador operacional configurado como equalizador é disposto na saída do filtro Notch para desacoplamento e correção do sinal em faixas de freqüência distintas.The "Notch" filter arranged in series with the power transformer bushing capacitor is adapted to produce an impedance value so that the voltage values on the bushing tap are between 100 and 400 Volts. The filter "Notch" filter is tuned to prevent the passage of the voltage component with frequency of 60Hz. The operational amplifier configured as an equalizer is arranged on the Notch filter output for decoupling and signal correction in different frequency ranges.
O filtro passa-altas é disposto na saída do equalizador e é dimensionado para ter uma impedancia baixa com freqüência de corte de 1kHz.The high pass filter is arranged at the equalizer output and is sized to have a low impedance with a cutoff frequency of 1kHz.
A presente invenção também se refere a um método de aquisição de um sinal para avaliação de transformadores de potência energizados em um circuito e compreende as etapas de: aplicação de um sinal por meio de um gerador de funções nos taps capacitivos das buchas de um transformador; dimensionamento de um amplificador de potência de banda larga para fornecimento de 50Vpp de saída na faixa de freqüência de 1kHz a 3MHz; introdução de um filtro passa alta em série com o circuito para redução dos níveis de tensão em 60Hz a valores mínimos; inserção de uma ca-pacitância para estabelecimento de uma impedancia para os valores no tap da bucha ficarem entre 100 e 400V; sintonização de um filtro "Notch" para rejeitar um componente de tensão de um sinal com freqüência de 60Hz; configuração de um amplificador operacional como equalizador para desacoplamento e correção do sinal em faixas de freqüências; dimensionamento de um filtro passa-altas com freqüência de corte de cerca de 1 kHz; e aquisiçãodo sinal a ser medido.The present invention also relates to a signal acquisition method for evaluating power transformers energized in a circuit and comprises the steps of: applying a signal by means of a function generator to the capacitive taps of the bushings of a transformer; scaling a broadband power amplifier to provide 50Vpp output in the frequency range from 1kHz to 3MHz; introduction of a high pass filter in series with the circuit to reduce voltage levels by 60Hz to minimum values; inserting a capacitance to establish an impedance for the values on the bushing tap to be between 100 and 400V; tuning a "Notch" filter to reject a voltage component of a 60Hz frequency signal; configuration of an operational amplifier as an equalizer for decoupling and signal correction in frequency ranges; sizing a high pass filter with a cut-off frequency of about 1 kHz; and acquisition of the signal to be measured.
A presente invenção também se refere a um método para medição em um ambiente computacional de um sinal obtido de acordo com um método de aquisição de um sinal para avaliação de transformadores de potência energizados em um circuito, o referido método compreende as etapas de: inserção de informações sobre as características de um transformador a ser medido pelo referido método; configuração do hardware utilizado para efetuar as medições e avaliações necessárias; inserção de informações em um software quanto aos terminais de aplicação e medição do ensaio; informações ao software quanto aos valores das freqüências (inicial e final) e da tensão utilizada no ensaio; comparação das relações de transformação informada (nominal) e medida no transformador; monitoramento do ensaio por meio da apresentação de um gráfico, no domínio do tempo, com todos os sinais de entrada e saída, que estão sendo medidos pelo método; apresentação dos gráficos de resposta em freqüência, permitindo a visualização do resultado do ensaio; e salvamento dos resultados e finalização do ensaio.The present invention also relates to a method for measuring in a computational environment a signal obtained in accordance with a signal acquisition method for evaluating power transformers energized in a circuit, said method comprising the steps of: information on the characteristics of a transformer to be measured by said method; configuration of the hardware used to perform the necessary measurements and evaluations; information input into software for test application and measurement terminals; information to the software regarding the frequency values (initial and final) and the voltage used in the test; comparison of informed (nominal) and measured transformer ratios; monitoring of the assay by presenting a time domain graph of all input and output signals being measured by the method; presentation of frequency response graphs, allowing visualization of test results; and saving the results and completing the assay.
Descrição Resumida dos DesenhosBrief Description of the Drawings
A presente invenção será agora descrita fazendo-se referência a uma concretização preferida da invenção ilustrada nos desenhos anexos, dos quais:The present invention will now be described with reference to a preferred embodiment of the invention illustrated in the accompanying drawings, of which:
A figura 1 é uma configuração diagramática do ensaio de resposta em freqüência pelo método convencional utilizado no estado da técnica.Figure 1 is a diagrammatic configuration of the frequency response assay by the conventional method used in the prior art.
A figura 2 é uma diagrama simplificado do circuito de medição de resposta em freqüência utilizado no estado da técnica.Figure 2 is a simplified diagram of the frequency response measurement circuit used in the prior art.
A figura 3 é um gráfico ilustrando uma resposta típica para um transformador trifásico com tensões aplicadas nos enrolamentos H medidas nos enrolamentos X correspondentes.Figure 3 is a graph illustrating a typical response for a three-phase transformer with voltages applied to the H windings measured at the corresponding X windings.
A figura 4 é uma configuração do ensaio de resposta em freqüência pelo sistema proposto da presente invenção.Figure 4 is a configuration of the frequency response test by the proposed system of the present invention.
A figura 5 ilustra um diagrama esquemático do circuito de aplicação e medição dos sinais de interesse da presente invenção.A figura 6 ilustra etapas de um ensaio através de uma programa CDF - Caracterização no Domínio da Freqüência, o qual possui interface padrão Windows®.Figure 5 illustrates a schematic diagram of the signal application and measurement circuitry of interest of the present invention. Figure 6 illustrates steps of an assay using a CDF Frequency Domain Characterization program which has a standard Windows® interface.
A figura 7 ilustra os componentes do sistema desenvolvido e os instrumentos utilizados como suporte para instrumentação e automatização do ensaio a presente invenção.Figure 7 illustrates the components of the developed system and the instruments used as a support for instrumentation and automation of the assay of the present invention.
A figura 8 ilustra um gráfico que mostra a resposta em freqüência para um transformador energizado a 100 kV.Figure 8 illustrates a graph showing the frequency response for a 100 kV energized transformer.
Descrição Detalhada dos DesenhosDetailed Description of the Drawings
A aplicação da técnica de resposta em freqüência do estado da técnica é ilustrada na figura 1. Para a aplicação da referida técnica, é necessário o desligamento do equipamento e a desconexão do mesmo dos barramentos da subestação, pois os sinais utilizados na sua avaliação são aplicados e medidos entre terminais de enrolamentos correspondentes.The application of the state-of-the-art frequency response technique is illustrated in Figure 1. For the application of this technique, it is necessary to switch off the equipment and disconnect it from the substation buses, because the signals used in its evaluation are applied. and measured between corresponding winding terminals.
A medição da resposta em freqüência, é realizada aplicando-se, por meio de um gerador 6, um sinal senoidal com freqüência variável na faixa de 10Hz a 10MHz, a um dos enrolamentos Lp do transformador de potência, medindo-se a transferência deste sinal para outro enrolamento Ls, caracterizando uma medição da relação de transformação em freqüências distintas de 60Hz. Um medidor 7 é utilizado para medição entre enrolamentos correspondentes, ou seja, as conexões dos enrolamentos são consideradas.The frequency response measurement is performed by applying, through a generator 6, a sine signal with variable frequency in the range of 10Hz to 10MHz, to one of the power transformer windings Lp, measuring the transfer of this signal. for another winding Ls, featuring a measurement of the transformation ratio at distinct frequencies of 60Hz. A meter 7 is used for measurement between corresponding windings, ie winding connections are considered.
Um diagrama simplificado do circuito de medição para transformador trifasico para dois tipos de situações de ligação é mostrado na figura 2. Nessa figura podem ser visualizadas duas situações para cada tipo de enrolamento H ou Y, nas quais são utilizados um gerador de sinal 1, um os-ciloscópio 2, ponta de prova 3, ponta de prova diferencial 4 e um microcomputador 5 para automação da medida.A simplified diagram of the three-phase transformer measurement circuit for two types of connection situations is shown in figure 2. In this figure two situations can be seen for each type of winding H or Y, in which a signal generator 1, a oscilloscope 2, probe 3, differential probe 4 and a microcomputer 5 for measurement automation.
A figura 3 mostra exemplos da resposta em freqüência obtida de um transformador trifasico usando a metodologia descrita anteriormente. Nos gráficos da resposta em freqüência, é apresentada a relação entre o valor do sinal de tensão de saída e o sinal de tensão de entrada (Vsaí-daA/entrada, no eixo das ordenadas), em função da freqüência (no eixo das abscissas). A relação VsaídaA/entrada é normalizada tendo como base a relação nominal do transformador em 60 Hz. Baseado nos gráficos é possível identificar pelo menos 4 regiões correlacionadas com a estrutura construtiva dos transformadores de potência:Figure 3 shows examples of the frequency response obtained from a three-phase transformer using the methodology described above. The frequency response graphs show the relationship between the output voltage signal value and the input voltage signal (Vsaí-daA / input, on the ordinate axis), as a function of frequency (on the abscissa axis). . The VA output / input ratio is normalized based on the nominal 60 Hz transformer ratio. Based on the graphs, it is possible to identify at least 4 regions correlated with the building structure of the power transformers:
Região I (até -2 kHz - Núcleo) Afetada por variações de fluxo residual, variações de resistências de aterramento do núcleo e alterações geométricas do núcleo.Region I (up to -2 kHz - Core) Affected by residual flow variations, core grounding resistance variations, and core geometric changes.
Região II (-2 kHz a -20 kHz - Interação entre enrolamentos)Region II (-2 kHz to -20 kHz - Interaction between windings)
Influenciada por defeitos relativos aos enrolamentos tais como: circuito aberto ou curto-circuito entre espiras, deformações ou deslocamentos entre enrolamentos, tipo de ligações dos enrolamentos (delta ou estrela). Região III (-20 kHz a -1 MHz - Estrutura do enrolamento sob teste)Influenced by winding defects such as: open circuit or short circuit between turns, deformations or displacements between windings, type of winding connections (delta or star). Region III (-20 kHz to -1 MHz - Winding Structure under Test)
Defeitos relativos ao próprio enrolamento, principalmente relativos a variação de capacitância série.Defects related to the winding itself, mainly related to the series capacitance variation.
Região IV (acima 1 MHz - Conexões de saída) Verifica problemas nas saídas dos enrolamentos (leads), conexões do circuito de medição (mal-contato), mal-contato em blindagens eletrostáticas.Region IV (Above 1 MHz - Output Connections) Checks for lead output problems, metering circuit connections (mis-contact), mis-contact on electrostatic shields.
O sistema da presente invenção é ilustrado de forma básica na figura 4. A idéia consiste em aplicar e monitorar sinais nos taps capacitivos tap Hp tap Hs das buchas dos transformadores. Aplica-se um sinal no tap capacitivo tap Hp da bucha de um dos enrolamentos Lp do transformador e através da transferência deste sinal monitora-se o tap capacitivo tap Hs dabucha de um outro enrolamento Ls do transformador, conforme mostrado na figura 4. Este processo é repetido até que todas as combinações entre enrolamentos correspondentes sejam satisfeitas.The system of the present invention is illustrated in a basic manner in Figure 4. The idea is to apply and monitor signals on capacitive tap Hp tap Hs of transformer bushings. A signal is applied to the capacitive tap Hp of the bushing of one of the transformer windings Lp and by transferring this signal the capacitive tap Hs of a transformer winding Ls is monitored, as shown in Figure 4. This process is repeated until all combinations between corresponding windings are satisfied.
Devido a mudanças nas características elétricas do circuito de medição, as curvas de resposta em freqüência obtidas carregam a influência das capacitâncias C1p, C1s, C2P e C2S das buchas, possibilitando também identificar variações nestas capacitâncias. Assim, a nova "assinatura" do e-quipamento considera tanto os enrolamentos do transformador como as bu-chas.Due to changes in the electrical characteristics of the measuring circuit, the frequency response curves obtained influence the capacitance of the bushing C1p, C1s, C2P and C2S, as well as to identify variations in these capacitance. Thus, the new e-equipment "signature" considers both transformer windings and bushes.
Portanto, a realização do ensaio de resposta em freqüência a-través dos taps das buchas capacitivas é similar àquele realizado através dos terminais das buchas, a menos da inserção das funções de transferência de cada uma das buchas de alta tensão envolvidas.Therefore, conducting the frequency response test through capacitive bushing taps is similar to that performed through the bushing terminals, except for the insertion of the transfer functions of each of the high voltage bushes involved.
Como o novo circuito de medição interna do transformador foi modificado, devido à introdução dos capacitores C1p e C1s (capacitâncias principais) das buchas, em série com o enrolamento primário e secundário do mesmo, estas impedâncias fazem com que os níveis de sinais medidos no tap do secundário, sejam menores que pelo método convencional. Portanto, foi necessária a construção de um amplificador de potência 8 (com características inexistentes no mercado), de banda larga, de tal forma a fornecer 50Vpp de saída na faixa de freqüência de 1 kHz a 3 MHz. Na figura 5 mostra-se um esquemático do circuito de aplicação e medição dos sinais de interesse.As the new transformer internal measurement circuit has been modified due to the introduction of bushing C1p and C1s capacitors in series with its primary and secondary winding, these impedances cause the measured signal levels on the tap. secondary, are smaller than by the conventional method. Therefore, it was necessary to construct a broadband power amplifier 8 (with nonexistent characteristics in the market) in order to provide 50Vpp output in the frequency range of 1 kHz to 3 MHz. circuit of the application and measurement of the signals of interest.
Conforme mencionado, não se pode aplicar o sinal de um gerador de funções 6 diretamente nos taps capacitivos das buchas de um transformador, estando os mesmos energizados. Para solucionar o problema optou-se pela utilização de um dispositivo que reduzisse os níveis de tensão em 60 Hz a valores mínimos comparados ao nível de sinal de saída do gerador 6 (para que não cause dano ao equipamento). A solução utilizada foi introduzir um filtro passa-alta em série com o circuito.As mentioned, the signal of a function generator 6 cannot be applied directly to the capacitive taps of the bushings of a transformer, and they are energized. To solve the problem it was decided to use a device that reduced the voltage levels by 60 Hz to minimum values compared to the output signal level of generator 6 (so as not to damage the equipment). The solution used was to introduce a high pass filter in series with the circuit.
Para o condicionamento do sinal medido, necessita-se atenuar um sinal em 60Hz preservando o sinal de medição adicionado ao mesmo e sem causar danos ao circuito de medição.For conditioning the measured signal, it is necessary to attenuate a signal by 60Hz while preserving the measurement signal added to it and without causing damage to the measurement circuit.
A condição mais crítica deste circuito é que a impedância de saída do tap capacitivo da bucha é muito alta e com isto, qualquer carga adicionada ao mesmo, atenua substancialmente tanto a tensão em 60 Hz como o sinal de medição. Outra condição que precisa ser satisfeita é a adequação do nível do sinal de tensão em 60 Hz para valores que não excedam a tensão máxima permitida de isolação do conector do tap da bucha.The most critical condition of this circuit is that the capacitive tap output impedance of the bushing is very high and thus any load added to it substantially attenuates both the 60 Hz voltage and the measurement signal. Another condition that needs to be met is the suitability of the voltage signal level at 60 Hz for values not exceeding the maximum allowable insulation voltage of the bushing tap connector.
O terceiro condicionante é que, devido ao valor da impedânciadeste circuito ter a necessidade de ser elevada, tem-se que dimensionar este valor de forma que a impedância escolhida acarrete uma diferença de potencial aplicada ao filtro adequada, de modo que a potência dissipada nos componentes resistivos do circuito não danifique os mesmos.The third condition is that, because the impedance value of this circuit has to be raised, this value must be sized so that the chosen impedance causes a potential difference applied to the appropriate filter, so that the power dissipated in the components resistive circuits do not damage them.
Considerando-se as exigências do circuito descritas acima, optou-se por dimensioná-lo de forma que o mesmo apresente um valor de impedância tal, que os valores das tensões no tap da bucha fique entre 100V e 400V. Este valor depende da capacitância C1s, cujo valor por sua vez depende do tipo de bucha utilizado. A adoção de valor adequado limita a potência dissipada nos componentes resistivos do circuito condicionador de sinais, a valores suficientemente condizentes com os valores de potência encontrados em resistores de valor comercial.Considering the circuit requirements described above, it was chosen to size it so that it has an impedance value such that the values of the bushing tap voltages are between 100V and 400V. This value depends on the capacitance C1s, whose value in turn depends on the type of bushing used. Adopting an appropriate value limits the dissipated power in the resistive components of the signal conditioner circuit to values sufficiently consistent with the power values found in commercial value resistors.
A primeira etapa do circuito de medição consiste em um filtro "Notch" 10 sintonizado para rejeitar componente de tensão com freqüência de 60 Hz. Sendo este estágio do circuito um filtro de impedância elevada, há a necessidade de desacoplamento entre o mesmo e o próximo estágio, pois quanto maior a impedância mais susceptível a ruídos o circuito em questão, assim, para desacoplá-lo do próximo estágio um amplificador operacional foi utilizado, configurado como um equalizador 11, com a função de desacoplamento e correção do sinal em faixas de freqüência.The first step of the measuring circuit consists of a "Notch" filter 10 tuned to reject a 60 Hz frequency voltage component. Since this circuit stage is a high impedance filter, there is a need for decoupling between it and the next stage. because the higher the impedance more susceptible to noise the circuit in question, thus to decouple it from the next stage an operational amplifier was used, configured as an equalizer 11, with the function of decoupling and correction of the signal in frequency bands.
Como a relação entre o sinal medido e o ruído do sistema (no caso devido a tensão de operação do transformador em 60 Hz) é muito elevada, o estágio do filtro citado acima não é suficiente para atenuar o ruído de 60 Hz a níveis que permita discretizar o sinal de medição que chega no tap da bucha do enrolamento secundário. Portanto, tem-se a necessidade de se introduzir mais um estágio de filtragem no sistema.Since the relationship between the measured signal and system noise (in this case due to the transformer operating voltage at 60 Hz) is very high, the filter stage mentioned above is not sufficient to attenuate the 60 Hz noise to levels that allow discretize the measurement signal that arrives at the tap of the secondary winding bushing. Therefore, there is a need to introduce another filtering stage into the system.
Diferentemente da etapa anterior em que o estágio de filtragem foi constituído apenas de elementos resistivos e capacitivos, pois se lidava com impedância elevada; neste estágio está-se lidando com impedâncias baixas, e pode-se construir um filtro de ordem elevada utilizando-se indutores. No estágio anterior a aplicação desta solução não foi possível visto que os valores de indutâncias seriam muito elevados, o que tornaria inviável autilização de indutores pelo custo e pelas capacitâncias parasitas entre espi-ras, as quais introduziriam falsas ressonâncias na medição de resposta em freqüência do transformador. Com a utilização do amplificador operacional, configurado como equalizador 11, pode-se utilizar um filtro de ordem elevada com elementos capacitivos e indutivos.Unlike the previous stage in which the filtering stage consisted only of resistive and capacitive elements, as it dealt with high impedance; At this stage we are dealing with low impedances, and a high order filter can be constructed using inductors. In the previous stage the application of this solution was not possible since the inductance values would be very high, which would make it impracticable to use inductors by the cost and the parasitic capacitance between spikes, which would introduce false resonances in the frequency response measurement of the inductors. transformer. By using the operational amplifier, configured as equalizer 11, a high order filter with capacitive and inductive elements can be used.
Portanto, construiu-se um filtro passa-altas 11 dimensionado para ter uma impedância baixa, com freqüência de corte de 1kHz e, como já citado anteriormente, uma ordem elevada de modo a garantir uma atenuação de 100dB por década. Na saída do filtro passa-altas 11 o sinal já está pronto para ser aquisitado.Therefore, a high-pass filter 11 designed to have a low impedance with a cut-off frequency of 1kHz and, as mentioned above, a high order to ensure 100dB attenuation per decade was constructed. At the high pass filter output 11 the signal is now ready to be acquired.
O sistema de medição foi desenvolvido baseado em um padrão de instrumentação modular conhecido como PXI {Peripheral Component In-terconnect eXtensions for instrumentatiori) e no controle para aplicação e medição de sinais através de um programa dedicado e desenvolvido baseado em uma linguagem de programação gráfica conhecida como LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench).The measurement system was developed based on a modular instrumentation standard known as PXI (Peripheral Component Interconnect eXtensions for instrumentatiori) and the control for application and measurement of signals through a dedicated program developed based on a well known graphic programming language. as LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench).
O padrão de instrumentação modular PXI utilizado é compreendido por três componentes básicos: Chassi, Módulo Controlador e Módulos Periféricos, conforme mostrado na figura 7.The PXI modular instrumentation standard used is comprised of three basic components: Chassis, Controller Module and Peripheral Modules, as shown in Figure 7.
Os Chassis geralmente são oferecidos em tamanhos que comportam de 4 a 18 "slots" disponibilizados com características particulares, possuem um barramento PXI de alta performance possibilitando atingir altas velocidades de transmissão de dados com sincronismo, se necessário. O Chassi 17 utilizado no sistema de medição é o PXI 1000B, o qual possui 8 "slots" com opções de alimentação (DC ou AC).Chassis are usually offered in sizes that support 4 to 18 "slots" available with particular features, have a high performance PXI bus allowing to achieve high data rates with synchronization if required. The Chassis 17 used in the metering system is the PXI 1000B, which has 8 slots with power options (DC or AC).
O Módulo Controlador integrado é tipicamente construído respeitando padrões de minicomponentes PC. O Módulo controlador 18 utilizado no sistema de medição é o NI PXI-8186 e possui um processador Pentium 4 - 2,2GHz, com 512 Mb de memória RAM DDR, HD de 40 Gb e periféricos padrões do PC como saídas USB 2.0, Ethernet, serial e portas paralelas, além disso, o módulo controlador trabalha com um SO1 da Microsoft (Win-1 Sistema Operacionaldows 2000/XP) ou um SO real-time (LabView Real-Time). Note-se que, com o intuito de facilitar o entendimento da presente invenção, optou-se por listar exemplos dos equipamentos utilizados, entretanto, dever ser verificado que os mesmos aqui utilizados poderiam ser outros de maior capacidade, ou mesmo, mais avançados.The integrated Controller Module is typically built to PC mini-component standards. The Controller Module 18 used in the measurement system is the NI PXI-8186 and has a Pentium 4 - 2.2GHz processor, with 512 Mb DDR RAM, 40 Gb HD and standard PC peripherals such as USB 2.0, Ethernet, serial and parallel ports, in addition, the controller module works with either a Microsoft SO1 (Win-1 2000 / XP Operating System) or a real-time OS (LabView Real-Time). It should be noted that, in order to facilitate the understanding of the present invention, it was decided to list examples of the equipment used, however, it should be verified that the same used here could be others of higher capacity, or even more advanced.
O Módulo Gerador de Funções 22 e os Módulos Osciloscópios 19 são módulos periféricos com funções específicas. O Módulo 22 gerador de funções NI PXI 5401 possui uma saída analógica com resolução de 12 bits, Vout±5V para cargas de 5Q ou ±10V para cargas de alta impedância, o módulo 22 é capaz de gerar sinais de freqüência máxima de 16 MHz, para senos e sinais SYNC(TTL), e 1MHz para ondas quadrada, triangular e rampa. Enquanto que o Módulo 19 osciloscópio NI PXI 5112 possui dois canais de entrada, resolução de 8 bits, taxa máxima de amostragem em tempo real de 100MS/S e impedância de entrada de 1 MQ.Function Generator Module 22 and Oscilloscope Modules 19 are function-specific peripheral modules. The NI PXI 5401 Function Generator Module 22 has a 12-bit resolution analog output, Vout ± 5V for 5Q loads or ± 10V for high impedance loads, Module 22 is capable of generating 16 MHz maximum frequency signals, for sines and SYNC (TTL) signals, and 1MHz for square, triangular and ramp waves. While the NI PXI 5112 Oscilloscope Module 19 has two input channels, 8-bit resolution, 100MS / S maximum real-time sampling rate and 1 MQ input impedance.
Em um sistema de medição implementado pela requerente, todo o hardware de instrumentação modular foi constituído de componentes da National Instruments e todo o controle para aplicação e medição de sinais é realizado através de um programa dedicado ao sistema de medição que foi desenvolvido em um ambiente de programação LabVIEW. Note-se que, osequipamentos aqui utilizados poderiam ser outros de diferente marca, maior capacidade, ou mesmo, mais avançados.In a measurement system implemented by the applicant, all modular instrumentation hardware was made up of National Instruments components and all control for application and measurement of signals is performed through a dedicated measurement system program that was developed in a LabVIEW programming. It should be noted that the equipment used here could be others of different brand, larger capacity, or even more advanced.
Neste ambiente foi desenvolvido o programa CDF - Caracterização no Domínio da Freqüência, o qual possui interface padrão Windows®, sendo composto por oito etapas consecutivas conforme mostrado na figura 8. E é através do CDF que todo o controle para aplicação e medição de sinais são solicitados ao hardware bem como as premissas e características dos ensaios.In this environment was developed the program CDF - Frequency Domain Characterization, which has standard Windows® interface, consisting of eight consecutive steps as shown in figure 8. And it is through CDF that all control for application and measurement of signals are hardware as well as the assumptions and characteristics of the tests.
As etapas substanciais são as seguintes:The substantial steps are as follows:
1) Informações sobre o ensaio (características do equipamento a ser avaliado pelo sistema);1) Test information (characteristics of equipment to be evaluated by the system);
2) Configuração do hardware (características dos equipamentos utilizados para efetuar as medições e avaliações necessárias);3) Características do ensaio (informações ao software quanto aos terminais de aplicação e medição do ensaio);2) Hardware configuration (characteristics of the equipment used to perform the necessary measurements and evaluations) 3) Assay characteristics (information to the software regarding the test application and measurement terminals);
4) Parâmetros do ensaio (informações ao software quanto aos valores das freqüências (inicial e final) e da tensão utilizada no ensaio);4) Assay parameters (information to the software regarding the frequency values (initial and final) and the voltage used in the assay);
5) Verificação das características e dos parâmetros do ensaio (comparação das relações de transformação informada (nominal) e medida no equipamento);(5) Verification of test characteristics and parameters (comparison of informed (nominal) and measured equipment transformation ratios);
6) Monitoramentos do ensaio (apresentação do gráfico, no domínio do tempo, com todos os sinais de entrada e saída, que estão sendo medidos pelo sistema);6) Assay monitoring (time domain graphing with all input and output signals being measured by the system);
7) Análise e avaliação dos resultados (apresentação dos gráficos de resposta em freqüência, permitindo a visualização do resultado do ensaio); e7) Analysis and evaluation of results (presentation of frequency response graphs, allowing the visualization of the test result); and
8) Salvamento dos resultados e finalização do ensaio (gravação do resultado do ensaio em um novo arquivo ou sobrescreve-lo em um arquivo existente finalizando o ensaio).8) Saving the results and ending the test (writing the test result to a new file or overwriting it to an existing file ending the test).
O LabVIEW é uma linguagem de programação gráfica desenvolvida pela National Instruments. Os campos de aplicação se estendem a técnicas de medição, automatização e controle de processos. A programação é feita através do modelo de fluxo de dados, que oferece a esta linguagem vantagens para a aquisição de dados e sua manipulação. Os programas LabVIEW são chamados de instrumentos virtuais ou simplesmente IVs.LabVIEW is a graphical programming language developed by National Instruments. Fields of application extend to measurement, automation and process control techniques. The programming is done through the data flow model, which offers this language advantages for data acquisition and manipulation. LabVIEW programs are called virtual instruments or simply IVs.
Na figura 7 são ilustrados os componentes do sistema desenvolvido e os instrumentos utilizados como suporte para instrumentação e automatização do ensaio. Um chassis 22, um módulo controlador 18, módulos osciloscópios 19, condicionador de sinais de entrada 20, condicionador de sinais de saída 23 e um módulo gerador de funções 22.Figure 7 shows the components of the developed system and the instruments used as support for instrumentation and assay automation. A chassis 22, a controller module 18, oscilloscope modules 19, input signal conditioner 20, output signal conditioner 23 and a function generator module 22.
Note-se que uma resposta típica para um equipamento energi-zado, no caso, um transformador 100/100/13.8 kV, é mostrada na figura 8.Note that a typical response for a powered device, in this case a 100/100 / 13.8 kV transformer, is shown in figure 8.
Portanto, deve ser entendido que o presente invenção e suas partes componentes descritas acima fazem parte de uma modalidade preferida e de exemplos de situações que poderiam ocorrer, o real escopo do objeto da invenção encontra-se definido nas reivindicações.Therefore, it should be understood that the present invention and its component parts described above are part of a preferred embodiment and examples of situations that could occur, the actual scope of the object of the invention is defined in the claims.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0802154 BRPI0802154A2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | measurement and evaluation system of power transformers energized by frequency response |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0802154 BRPI0802154A2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | measurement and evaluation system of power transformers energized by frequency response |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0802154A2 true BRPI0802154A2 (en) | 2010-03-02 |
Family
ID=41722396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BRPI0802154 BRPI0802154A2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | measurement and evaluation system of power transformers energized by frequency response |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BRPI0802154A2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103743970A (en) * | 2013-12-20 | 2014-04-23 | 保定天威保变电气股份有限公司 | Converter transformer valve side bushing test device |
| CN110231373B (en) * | 2019-06-27 | 2021-09-24 | 北华大学 | Detection method and detection device for transformer winding material |
-
2008
- 2008-06-23 BR BRPI0802154 patent/BRPI0802154A2/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103743970A (en) * | 2013-12-20 | 2014-04-23 | 保定天威保变电气股份有限公司 | Converter transformer valve side bushing test device |
| CN110231373B (en) * | 2019-06-27 | 2021-09-24 | 北华大学 | Detection method and detection device for transformer winding material |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| B03A | Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention | ||
| B07A | Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion) | ||
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| B09B | Decision: refusal |
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