Verfahren zur Isolationsprüfung von Transformatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrischen Prüfung der Isolation von Transformato ren, Prüftransformatoren und Spannungswandlern.
In den Programmen für die Abnahmeprüfung von Hochspannungstransformatoren sind stets auch Prü fungen mit erhöhten. Spannungen enthalten. üblich ist heute im wesentlichen die sogenannte Wicklungs- prüfung, bei der eine Wicklung mit dem Pal einer geerdeten Hochspannungsquelle verbunden wird, während die anderen. Wicklungen mit dem Eisen kern bzw. dem Kasten des Transformators und über diesen mit Erde verbunden sind.
Weiter wird noch eine sogenannte Windungsprüfung durchgeführt, bei der der Transformator in einer entsprechenden Schal tung mit Spannungen von etwa der doppelten bis etwa der fünffachen Netzfrequenz und auf etwa das doppelte der Nennspannung erhöhten Amplitude er regt wird.
In vielen Fällen werden die Transformato ren auch noch einer Stossspanuungsprüfung mit voller und abgeschnittener Stosswelle unterzogen, wobei die volle Stosswelle im allgemeinen eine Stirn von etwa 1-2 /Äs Dauer aufweist und die Halbwertzeit etwa 50 ,us beträgt.
Die abgeschnittene Stosswelle entsteht aus der Vollwelle meist dadurch, d'ass nach 3 ,us, gezählt von Nennbeginn der Stossspannung aus, die Stossspannung mittels einer Funkenstrecke zum Zur sammenbruch gebracht wird.
In der letzten Zeit gewinnen nun die sogenannten Schaltüberspannungen in den ausgedehnten eIektri- schen Hochspannungsnetzen eine zunehmende Be deutung, was sich darin. äussert, dass das Verhalten von Hochspannungseinrichtungen und Geräten schon in grösserem Umfang in bezug auf ihr Verhalten ge genüber solchen Schaltüberspannungen untersucht wurde.
Eine solche Schaltüberspannung besteht dabei etwa aus einer einseitig verlagerten Spannungswelle mit einer Schwingungsfrequenz von 5 kHz, deren Mittellinie etwa nach einer Expon.entialfunktion ab klingt.
Erzeugt wird eine solche Prüfspannung nach Fig. 1 dadurch, dass ein Stosskondensator 1 in der üblichen Weise über einen Hochspannungstransfor mator 2 und einen Gleichrichter 3 und Dämpfungs- widerstand 4 so lange auf eine hohe Gleichspannung aufgeladen wird, bis die entsprechend eingestellte Funkenstrecke 5 anspricht.
über den Dämpfungs- widerstand 6, die Induktivität 7 wird dann der Be lastungskondensator 8 in schwingendem Stoss auf geladen, wobei die Prüfspannung über diesem Be lastungskondensator 8 auf den Prüffing 9 gegeben werden kann. Der Entladewiderstand 10 gibt die exponentielle Abnahme der Mittellinie der einseitig verlagerten Spannungswelle.
Der Aufwand an Hochspannungsgeräten für die Erzeugung einer derartigen Prüfspannung ist also ganz beachtlich, bei hohen Prüfspannungen ergibt sich ausserdem noch ein erheblicher Raumbedarf.
Besonders grosse Schwierigkeiten bei der Prüfung von Transformatoren ergeben sich aber dann, wenn diese Transformatoren eine solche Grösse aufweisen, dass sie nicht mehr im betriebsfertigen Zustand nach der Abnahmeprüfung in der Fabrik zum Aufstel lungsort versandt werden können.
(Die Abnahme vors Hochspannungsdurchführungen und ähnlichem Trans- formatorzubehör kann dabei nicht als Einschränkung des Begriffes betriebsfähig betrachtet werden.) Han delt es sich also um einen Transformator solcher Grösse, dass nach der Feetigprüfung in der Fabrik zum Zweck des Versandes eine solch weitgehende Demontage erforderlich ist,
dass nach dem Wieder- aufbau an Ort und Stelle der Transformator einer erneuten Behandlung zur Sicherung seines Isolations- zustandes unterzogen werden muss,- dann erfordiert es die bei solch grossen Objekten unbedingt anzustre bende Betriebssicherheit, dass auch der Transfor.- mator am Ort seiner Aufstellung nochmals entspre chenden Hochspannungsprüfungen unterzogen wer den muss.
Die Prüfung mit erhöhter Frequenz, wie sie etwa zur Wicklungsprüfung erforderlich ist, oder auch eine Stossspannungsprüfung ist aber an dem Einsatzort der Transformatoren nur unter allergröss- ten Schwierigkeiten durchzuführen, da die Prüfein- richtungen hierfür ausserordentlich umfangreich und aufwendig sind.
Die Schwierigkeiten bei der Prüfung von Hoch- spannungstransforma#toren mit Schaltüberspannun gen und bei der Prüfung von Transformatoren, die am Aufstellungsort mit hohen Spannungen zu prüfen sind, lassen sich erfindungsgemäss durch die Anwen dung eines Verfahrens zur Isolationsprüfung von Transformatoren, Prüftransformatoren und Span- nungswandlern beheben, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass eine Wicklung des Prüfobjektes, vorzugsweise die Wicklung mit niedrigster Betriebsspannung, mit einem Gleichstrom solcher Höhe erregt wird, dass beim Unterbrechen dieses Gleichstromes in der zu prüfenden Wicklung eine Schaltüberspannung in einer Höhe entsteht, die der Prüfspannung entspricht.
In Fig.2 ist das Schaltbild eines Ausfü'hrungs- beispieles einer Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens schematisch dargestellt. Mit 11 ist dabei die Unterspannungswicklung des zu prüfendien Trans formators bezeichnet, die über die Durchführungen 12 und 13 nach aussen geführt ist.
14 ist die Hoch- spannungswicklung dieses Transformators, die über die Hochspannungsdurchführung <B>15</B> und eine als Sternpunktdurchführung gedachte Durchführung rela- tiv niedriger Betriebsspannung 16 nach aussen ge leitet ist.
Die Niederspannungswicklung 11 kann nun über den S'chal'ter 17 auf die Gleichspannungsquelle 18 geschalitet werden, die ihrerseits mit Erde 19 ver bunden ist.
Wird der Schalter 17, nachdem der Strom durch die Niederspannungswicklung auf eine<B>be-</B> stimmte- Höhe angestiegen ist, so rasch geöffnet, d'ass an 17 praktisch kein Öffnungslichtbogen entsteht, dann muss sich die in dem magnetischen Kreis des Transformators bespeicherte hmagnetische Enelrgie in elektrische Energie umsetzen, und zwar so,
dass die resultierende Erdkapazitäro der- Nied'erspannungs- wicklung und die resultierende Erdkapazität der Hochspannungswicklung den gesamten Energieinhalt aufnehmen. Vorausgesetzt ist dabei, dass das Ende der Hochspannungswicklung 14 an der Erde 20 liegt. Die in Fg. 2 dargestellte Einschaltung einer Mess- impedanz 21 stört dabei diese Voraussetzung nicht.
Wie die theoretischen Überlegungen und auch praktischen Versuche bestätigen, kann mit relativ kleinem Aufwand die Höhe der bei diesem Verfah- ren an den einzelnen Wicklungen auftretenden Ab- schaftüberspannungen so hoch gemacht werden, dass sich eine. wirkungsvolle Isolationsprüfung erreichen lässt.
In Fig. 2 ist mit 22 und 23 ein kapazitiver Span- nungsteiler zur Kontrolle der Abschal'tüberspannung dargestellt, die mittels eines Kathodenstrahl-Oszillo- graphen 24 über dem Niederspannungskondensator 23 erfolgen soll, das Verhalten des Prüflings kann dabei mittels eines Oszillographen 25 überwacht wer den,
wobei der letztere an der in die Erdleitung der Hochspannungswicklung eingeschalteten Impedanz 21 angeschlossen ist.
Der Verlauf einer Abschaltübezspannung, wie er sich nach dem oben geschilderten Verfahren ergibt, ist in Fig. 3 dargestellt. Nach einem ersten Anlauf, der in seiner Amplitude durch geeignete Massnahmen am Schalter sehr klein gehalten werden kann und d r den Zeitabschnitt 28-29 umfasst, steigt die Spannung relativ steil an,
um dann verzögert über einen Aus- schlag in entgegengesetzter Richtung nach NuR ab- zuklingen. Bei einem praktisch durchgeführten Ver such betrug die Zeit bis zum Erreichen des Scheitel wertes zwischen den Punkten 29 und 30 etwa 2 ms, die Zeit bis zum ersten Nulldurchgang etwa 8 ms.
Voraussetzung für den Erfolg des. vorgeschlage nen Verfahrens ist ein Schalter für die Unterbrechung des Gleichstromes, dessen Spannungsfestigkeit zwi- schen den ,sich trennenden Kontakten rascher an steigt als die erzeugte Abschal@tspannung. Der Verlauf der Abschaltüberspannung kann nun durch zusätz liche Schakelemente beeinflusst werden.
Wird etwa der in Fig. 2 mit 22 bezeichnete, über der Hochspan- nungswicklung angeschlossene Kondensator vergrö ssert, so läuft die Abschaltüberspannung langsamer ab;
wird, wie mit Teil 27 in Fig. 2 gestrichelt dar- gestellt, parallel zum Schalter 17 eine Drosselspule vorgesehen, deren Induktivität etwa gleich oder klei ner jener des Prüflings ist, so wird die Frequenz für dhen Abschaltvorgang merkbar vergrössert werden.
Wird weiterhin zum Schalter 17 eine Funkenstrecke parallel geschaltet, die bei eiirrer bestimmten Span nung anspricht, dann ergibt sich für d:
e Wicklung 11 eine Abschaltüberspannung, die nach dem Anspre chen der Funkenstrecke einer abgeschnittenen Stoss spannung entspricht, während die Oberspannungs- wicklung, in Fig.2 mit 14 bezeichnet, mit einer Spannung beansprucht wird, die bis zum Anspre chen der Funkenstrecke genau verläuft wie in Fig. 3, die dann aber mit -relativ hoher Frequenz ausklingt,
da für diesen Ausschwingvorgang nur noch die Kurz- sIchlussinduktivität des Transformators wirksam ist.
Soll die Hochspannungswicklung 14 mi:t einer abgeschnittenen Stosswelle beansprucht werden, dann ist über dieser Wicklung eine Funkenstrecke, zweck mässigerweise eine Kugeifunkens.trecke 26 einzuschal ten und so einzustellen, dass sie bei der vorgesehe nen Spannung anspricht und die Prüfspannung ab schneidet.
Zum Prüfen des Abschaltvermögens von Wech- selstromunterbrechern ist schon eine Einrichtung be kanntgeworden, bei der das Wesentliche darin zu sehen isst, dass durch geeignete Massnahmen eine Fortzündung des Lichtbogens am betreffenden Prüf ling erreicht wird.
Die Fortzündung des Lichtbogens am Prüfling wird dabei. angestrebt, um dem Licht- bogen gegebenenfalls über mehrere Stromnulldurch- gänge hinwegzuhelfen, wie es bei ,solchen Wechsel stromunterbrechern in der Praxis, also betriebsmässig tatsächlich der Fall ist.
Blei der besagten Einrichtung wird durch .eine dem Prüfling parallel schaltbare Sicherung, die dem Prüfling im Nullt durchgang des Lichtbogenstromes durch einen Synchronschalter zu geschaltet wird und über die nach Erlöschen des Ab schaltlichtbogens im Nulldurchgang des Stromes ein Strom fliesst, der von der Sicherung .selbst kurze Zeit später wieder unterbrochen wird, eine hohe Abschalt- überspannung erreicht, und,
zwar an einer hierfür vorgesehenen Drosselspule. Die Schältüberspannu ng ist dabei so hoch, d'ass der Lichtbogen am Prüfling fort,- gezündet wird'. Wie sich hieraus ergibt, wird bei der bekannten Prüfeinrichtung lediglich von der Tat sache Gebrauch gemacht,
dass beim plötzlichen Un- terbrechen stromdurchflossener induktiver Strom- kreise an der Induktivität entsprechende überspan- nungen auftreten. Die eigentliche Prüfspannung wird dabei aber von einer besonderen, zusätzlichen Ein richtung erzeugt.
Dies gilt auch für ein bekanntes Verfahren zur Fortzündung eines Lichtbogens bei in Prüfanordnun gen mit getrennten Energiequellen zu prüfenden Stromunterbrechern, denn auch hierbei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, d'ass beim plötzlichen Abschalten induktiver Stromkreise an der Induktivität hohe Spannungen entstehen.
Diese Spannung wird bei der Prüfanordnung zur Durchführung des in Rede stehenden Prüfverfahrens, die einen Hochstromkreis und einen gesonderten Prüfspannungskreis umfasst, durch einen.
besonderen, zusätzlichen Gleichstrom kreis erzeugt, der eine Induktivität enthält, an wel cher durch öffnen entsprechender Schalter eine Schaltüberspannung entsteht, die ein vorzeitiges Er löschen des Lichtbogens am Prüfling verhindert. Auch hierbei wird erst wieder zu einem sinngemäss späteren Zeitpunkt die eigentliche, dem gesonderten Prüfkreis entnommene Prüfspannung auf den Prüf ling gegeben.
Bei den im vorstehenden erwähnten Einrichtun- gen bzw. Anordnungen zur Prüfung von Stromunter brechern isst somit jeweils eine getrennte Prüfspan- nung erforderlich, da nämlich die Stromkreise mit induktiven Gliedern lediglich als Zwischenglieder zur Aufrechterhaltung eines Lichtbogens dienen.
Dem gegenüber wird bei der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Isolationsprüfung von Transformato ren bezieht, die Prüfspannung unmittelbar :im Prüf ling selbst erzeugt.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird die Höhe der höchstmöglichen Prüfspannungen, die ja an allen auf dem gleichen Transformatorkern be findächen Wicklungen entsprechend ihrer Windungs- zahl auftreten, durch die Wicklung festgelegt, die, bezogen auf die Windungszahl, die niedrigste Prüf spannung besitzt.
Das würde heissen, dass Unterspan- nungswicklungen, die, bezogen auf die Nennspan nung, wesentlich höher geprüft werden als Oberspan- nungswicklungen, nicht voll geprüft werden können.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, kann in Serie mwt dem eigentlichen Prüfling ein weiterer, dem Prüf ling ähnlicher induktiver Kreis geschaltet werden, der also durch den durch den Prüfling fliessenden Gleich strom ebenfalls erregt wird und der eine zusätzliche Abschaltüberspannung ergibt, die bei Verlegung der Erdung des Erregerkreises auf die eine Seite des zu sätzlichen induktiven Kreises die in Frage kommen den Prüfungswicklung gegen Erde zusätzlich vor spannt.
Das obenstehend beschriebene Verfahren ist auch auf Prüftransformatoren und Spannungswandler an wendbar.