DE10060243A1

DE10060243A1 - Zerstörungsfreies Verfahren zur Diagnose des Isolationssystems der elektrischen Maschinen durch die Anwendung der Stoßspannungs- und Teilentladungsmessung

Info

Publication number: DE10060243A1
Application number: DE2000160243
Authority: DE
Inventors: Berton Farhad
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Die klassischen Verfahren zur Diagnose des Isolationssystems der elektrischen Maschinen beruhen auf Stoßspannungsprüfung und anschließende Flächendifferenzbildung der Stoßantwort mit der Stoßantwort eines als "master" bezeichneten Prüflings. Die nicht ausreichende Aussagekraft dieser Methode führt dazu daß Isolationssysteme von Maschinen, die im guten Zustand und voll funktionsfähig sind, als fehlerhaft deklariert werden. Die kurzen Zeitabstände zwischen mehreren Stoßspannungen verursachen Raum- und Oberflächenladungen, welche zur Spannungserhöhung im Isolationssystem des Prüflings und somit zur falschen Zustandsdiagnose führen. DOLLAR A Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stoßspannungsamplitude in diskreten Schritten bis zu der von VDE-Norm vorgeschriebenen Prüfspannung erhöht wird. Nach jedem Stoßimpuls und anschließende Auswertung der Impulsantwort und der TE-Meßdaten werden die Klemmen des Prüflings kurzgeschlossen und geerdet. Die parallel laufende TE-Messung ermöglicht unter Berücksichtigung von physikalisch relevanten Parametern und Anwendung der Mustererkennungsalgorithmen eine zuverlässige Diagnose. DOLLAR A Dieses Verfahren wird zur Zustandsdiagnose des Isolationssystems von elektrischen Maschinen, insbesondere Motoren und Generatoren, eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen vor allem Motoren und Generatoren höherer Leistung, die in der Industrie Anwendung finden.

Stoßspannungsprüfung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen ist ein Meßverfahren, welches seit längerer Zeit in der Industrie eingesetzt wird, aber durch die nicht ausreichend genaue Aussagekraft des angewendeten Meßverfahren werden Isolationssysteme von Maschinen, die in der Tat im guten Zustand und voll funktionsfähig sind, als schlecht deklariert. Daher ist es wünschenswert das Meßverfahren weiterzuentwickeln, so daß die Meßgenauigkeit und -aussagekraft erhöht wird. Es ist bekannt, daß zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems von elektrischen Maschinen mit Stoßspannungen die Stoßantwort eines als "Master" bezeichnenden Prüflings mit der Stoßantwort des zu prüfenden Prüflings in Form der Ermittlung der Flächendifferenz zwischen den beiden gedämpften Schwingungen angewendet wird. Weiterhin ist bekannt, daß die Prüfung des Isolationssystems von elektrischen Maschinen auch mit mehrfachen Schüssen (Stoßspannungen) möglich ist, wobei hier als Stoßantwort diejenige gedämpfte Schwingung zum Vergleich herangezogen wird, welche die größte Unähnlichkeit zur Referenzstoßantwort besitzt. Die Prüfung mit mehreren Stoßspannungen werden mit der von VDE-Norm vorgeschriebenen Spannungsamplitude vorgenommen.

Der gravierende Nachteil hierbei ist, daß der Prüfling mehrfach mit einer hohe Stoßspannung beaufschlagt wird, was zu einer vorzeitigen Alterung des Isolationssystems und damit Reduzierung von Lebensdauer des Prüflings führen kann. Durch die kurzen Zeitabstände zwischen mehreren Stoßspannungen werden Raumladungen und Oberflächenladungen, die durch das elektrische Feld verursacht wurden, nicht abgebaut. Dies führt zu einer ungewollten Spannungserhöhung im Isolationssystem des Prüflings und somit zur einer Verfälschung der Stoßantwort und folglich des Meßergebnisses.

Bei der Diagnose des Isolationssystems von elektrischen Maschinen werden Wicklungen bzw. Phasenwicklungen einzeln mit der Stoßspannung beaufschlagt und die anderen Phasenwicklungen befinden sich nicht auf ein bestimmtes Potential. Ähnlich gravierend ist der Nachteil der elektromagnetische Kopplung der nicht geerdeten Phasenwicklung auf die Stoßantwort der zu prüfenden Phasenwicklung.

Weiterhin ist bekannt, daß durch die Erfassung der Amplitude von Teilentladungen, die bei der Stoßspannungsprüfung gemessen werden und die Auftragung der Teilentladungs impulse über die Phasenlage eine Aussage über den aktuellen Zustand des Prüflings gemacht werden kann. Der Nachteil des Meß- und Auswerteverfahrens bei der TE-Messung liegt darin, daß kein physikalisch relevanter Parameter zur TE-Auswertung herangezogen wird und nicht die Mehrfachauswertung zur Sicherstellung des Diagnoseergebnisses gewählt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Auswahl der Stoßspannungs amplitude in mehreren Schritten mit den Zwischenkurzschlüssen und das Erden des Prüflings die vorzeitige Alterung bzw. die Zerstörung des Isolationssystems des Prüflings vermieden wird und ein vergleichbar besseres Kreuzkorrelationsverfahren durch die Mittelwertbildung der Korrelationsergebnisse zur Diagnose erzielt wird. Auch die gleichzeitige TE-Messung und anschließende Auswertung der TE-Daten, welche in Form einer I-U-t- Tabelle gespeichert und in Form von ϕ-q-n-, ΔU_n/ΔU_n-1- oder Δt_n/Δt_n-1-Pattern dargestellt wird, führt zu einer definitiv eindeutigen Diagnose des Isolationssystems des Prüflings.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem Prüfverfahren mit mehrfachen Stoßspannungen (Schüssen) nach jedem Stoßimpuls und anschließender Auswertung der Impulsantwort des Prüflings die Klemmen des zu prüfenden Prüflings kurzgeschlossen und geerdet werden sollen. Dies ist damit begründet, daß die Impulsantwort (gedämpfte Schwingung) in einen ausgeschwungenen Zustand übergeht, bevor der nächste Stoßimpuls auf die zu prüfenden Phasenwicklung gegeben wird. Hierdurch wird die Überlagerung der noch nicht ausgeschwungenen gedämpften Schwingung mit dem neuen Stoßimpuls vermieden. Durch die Zwischenkurzschlüsse werden Raumladungen und Oberflächenladungen, die durch das elektrische Feld verursacht wurden, abgebaut. Hierbei wird erreicht, daß eine falsche Diagnose des Isolationszustandes ausgeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der konventionellen Diagnose das Isolationssystem eines Prüflings mit einer Prüfspannung U_P mit mehrfachen Stoßimpulsen belastet wird. Dies kann sicherlich nicht als zerstörungsfreies Diagnoseverfahren bezeichnet werden. Während der Prüfung mit mehrfachen Stoßimpulsen soll die Prüfspannung stufenweise erhöht werden, d. h. z. B. das Isolationssystem des Prüflings wird erst mit einem Stoßimpuls mit einem Drittel der Amplitude, der von der VDE-Norm vorgeschriebenen Prüfspannung U_P, und anschließend mit zwei Drittel und zum Schluß mit der Prüfspannung U_P beaufschlagt. Hierbei wird nach jedem Stoßimpuls die Impulsantwort des Schwingkreises aufgenommen und gespeichert. Nach jedem Stoßimpuls werden die Klemmen des zu prüfenden Objektes kurzgeschlossen und geerdet. Hierdurch wird die Belastung des Isolationssystem der Wicklung minimal. Eine Überlagerung der nicht ausgeschwungenen gedämpften Impulsantwort oder das durch die Raum- bzw. Flächenladung erzeugte Feld mit der Impulsantwort ist durch die Zwischenkurzschlüsse ausgeschlossen. Die Aufnahme von drei Impulsantworten des Prüflings und anschließender Vergleich mit drei Impulsantworten des Referenzprüflings (Master) ermöglicht eine sichere Aussage über den Zustand des zu prüfenden Isolationssystems.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil bei der zerstörungsfreien Diagnose des Isolationssystems von elektrischen Maschinen besteht zunächst darin, daß die Stoßspannungsprüfung keine vorzeitige Alterung des Isolationssystems von Prüflingen verursacht. Ein weiterer Vorteil ist die bessere Aussagekraft des neuen Prüfverfahrens inbezug auf den aktuellen Zustand des Prüflings. Weiterhin wird eine Verifizierung des Prüf- bzw. Meßergebnisses durch die parallel laufenden TE-Messung mit der Stoßspannungs prüfung durch die Anwendung der Mustererkennungsalgorithmen zur Feststellung von Fehlstellen und Fehlertypen unter Berücksichtigung von physikalisch relevanten Parametern erzielt.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Zustandes des Isolationssystems der Wicklungen von elektrischen Maschinen, bei dem das Isolationssystem mit einer Stoßspannung beaufschlagt wird, wobei die Stoßspannungsamplitude in mehreren Schritten von einem kleinen Wert bis zur bekannten Prüfspannungsamplitude für Isolationssystemen erhöht wird. Hierbei wird jede Stoßantwort, welche eine gedämpfte Schwingung darstellt, auf ein Speichermedium gespeichert und anschließend werden die Stoßantworten des zu prüfenden Wicklungsisolationssystems (Prüfling) mit den Stoßantworten des als Referenz dienenden Wicklungsisolationssystems (Master) korreliert und aus der Korrelationsergebnissen wird der Mittelwert gebildet. Das hierdurch gewonnene Ergebnis ist ein Maß für die Diagnose des Zustands des Wicklungsisolationssystems. Bei der Anwendung der Stoßspannungsprüfung wird die Hilfswicklung von Wechselspannungs motoren bzw. die Phasenwicklungen von Drehstrommaschinen, die nicht an Prüfkreis angeschlossen sind, kurzgeschlossen und mit der Masse verbunden. Nach jeder Stoßspannung soll das Prüfling geerdet werden.
Parallel zur Messung der Impulsantwort werden Teilentladungen erfaßt und gespeichert und anschließend ausgewertet. Auch hier wird jeweils das Ergebnis jeder Auswertung des Prüflings mit dem Ergebnis jeder Auswertung des Referenzprüflings verglichen und anschließend ein Mittelwert von Ergebnissen gebildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Stoßspannung und anschließenden Aufnahme der Stoßantwort das Isolationssystem entladen wird. Hierbei wird die Wicklung mit der Masse verbunden, wobei die Erdung der Wicklung auch über einen Widerstand realisiert werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur Wicklungen von Motoren bzw. Generatoren im Kern (d. h. Statoren) sondern auch Wicklungen außerhalb des Kerns als Prüfling verwendet werden kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein einzelner Stabe der Wicklungen einer elektrischen Maschine als Prüfling verwendet werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die TE-Messung und Auswertung zur Diagnose des Zustandes des Isolationssystems auch ohne die Messung und die Auswertung von Stoßspannungsprüfung durchgeführt werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Korrelationsergebnisse und Mittelwertbildungen der Stoßspannungsprüfung und der TE- Messung sowohl zusammen als auch getrennt vorgenommen werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt zum Trennen des Ladekondensators vom Prüfling und Meßkondensator, variiert werden kann und dadurch auch die Amplitude des ersten Maximums der gedämpften Schwingung variiert werden kann.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfspannungsamplitude auch eine andere von der VDE-Norm abweichende Spannungsamplitude gewählt werden kann.